硅藻光合作用特有的光能高效捕獲和光保護機制研究取得重要突破

硅藻是海洋中最「成功」的浮游光合生物之一，它們通過光合作用貢獻了地球上每年約20%的有機物生產力，相當於固定了近五分之一的二氧化碳，高於全球所有熱帶雨林的貢獻，這與硅藻特有的捕光天線蛋白「岩藻黃素-葉綠素a/c蛋白複合體」（Fucoxanthin chlorophyll a/c protein，FCP）的功能密切相關。硅藻的FCP複合體屬於捕光天線蛋白複合體（Light harvesting complex，LHC）超級家族，但其氨基酸序列與高等植物和綠藻的葉綠素a/b捕光天線蛋白的同源性很低，而且最為突出的是FCP結合大量岩藻黃素和葉綠素c，能夠捕獲藍綠光以適應水下弱光環境。同時，由FCP結合的岩藻黃素和硅甲藻黃素參與建立的硅藻超級光保護機制，可以幫助硅藻適應海水表面的強光環境。然而，硅藻FCP複合體的結構長期沒有得到解析，限制了硅藻光合作用機理的研究。

在國家重點研發計劃 「蛋白質機器與生命過程調控」重點專項「光合作用重要蛋白質機器的結構、功能與調控」項目（2017YFA0503700）的資助下，中科院植物研究所沈建仁研究組首次解析了一種羽紋綱硅藻——三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）FCP的高分辯率（1.8 ?）晶體結構，描繪了葉綠素c、岩藻黃素及硅甲藻黃素在蛋白複合體中的結合細節及空間排布，揭示了該蛋白複合體高效捕獲藍綠光及其超強光保護功能的結構基礎。該研究為實現光合作用光能寬幅、高效捕獲和快速傳遞的理論計算提供了實驗依據，為光合作用人工模擬及設計具有寬廣的捕光截面和較強的抗光破壞能力的新型作物提供了新思路和新策略。該研究成果近期在Science雜誌發表。

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