硅藻的細胞結(jié)構(gòu)和葉綠體形態(tài)。a:中心綱硅藻（中心對稱的硅質(zhì)細胞壁）；b:羽紋綱硅藻（兩側(cè)對稱的硅質(zhì)細胞壁）；c：三角褐指藻細胞中緊湊的細胞核（靛藍色）、線粒體（紅色）和葉綠體（綠色）排布；d：南極海冰中的硅藻。中科院植物所/供圖

中新網(wǎng)北京2月8日電 (記者 孫自法)記者從中國科學(xué)院植物研究所獲悉，被戲稱為“奇葩”光合物種——硅藻的第一個光合膜蛋白結(jié)構(gòu)解析研究工作，已由該所沈建仁和匡廷云研究團隊完成。北京時間2月8日，中國科學(xué)家這一突破性的研究成果“硅藻捕光天線蛋白(FCP)捕獲藍綠光和淬滅過剩激發(fā)能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”，獲國際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》以長文形式發(fā)表。

這項研究工作為揭示光合作用光反應(yīng)拓展捕光截面和高效捕獲傳遞光能機理，以及硅藻超強的光保護機制提供了堅實的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，也為實現(xiàn)光合作用寬幅捕獲和快速傳遞光能的理論計算提供了可能，為人工模擬光合作用機理提供了新理論依據(jù)。

同時，該研究成果為指導(dǎo)設(shè)計新型作物、提高植物的捕光和光保護能力提供了新思路和新策略，有望基于該成果設(shè)計出能夠利用綠光波段、具有高效捕光和光保護能力的新型作物，也可為現(xiàn)代化智能植物工廠的發(fā)展提供新的方向。

據(jù)介紹，研究表明硅藻特有的FCP具有出色的藍綠光捕獲能力和極強的光保護能力，是硅藻能夠在海洋中繁盛的重要原因之一。同時，F(xiàn)CP結(jié)合的巖藻黃素和硅甲藻黃素等色素參與形成了強大的光保護機制，有助于硅藻將過剩的光能轉(zhuǎn)化為熱量，以適應(yīng)海水表面快速變化的光環(huán)境。然而硅藻光合膜蛋白的結(jié)構(gòu)長期沒有得到解析，極大限制了硅藻光合作用的研究。

中科院植物所沈建仁和匡廷云研究團隊一直致力于高等植物和藻類捕光天線復(fù)合物(LHC)的研究工作，發(fā)現(xiàn)高等植物和綠藻的LHC模型無法完全解釋硅藻FCP蛋白中的色素結(jié)合、能量捕獲傳遞和光保護機制，亟待通過結(jié)構(gòu)研究而獲得新的實驗?zāi)Ｐ汀?/p>

該團隊完成的硅藻第一個光合膜蛋白結(jié)構(gòu)解析研究工作，首次描繪葉綠素c和巖藻黃素在光合膜蛋白中的結(jié)合細節(jié)，闡明葉綠素和巖藻黃素在FCP復(fù)合體中的空間排布，并揭示葉綠素c和巖藻黃素捕獲藍綠光并高效傳遞能量的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。該研究首次揭示FCP二聚體的結(jié)合方式，對幾十年來硅藻主要捕光天線蛋白聚合狀態(tài)研究提供了第一個明確的實驗證據(jù)。這一高分辨率FCP結(jié)構(gòu)模型為研究硅藻的光能捕獲、利用和光保護機制提供重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

據(jù)了解，中國科學(xué)家這項突破性研究成果的論文在投稿過程中，《科學(xué)》編輯部和4名審稿人都對此高分辨率海洋硅藻捕光天線蛋白工作給予高度評價，建議將投稿的論文報告拓展為長文形式發(fā)表。(完)

[責(zé)任編輯：楊凡、楊婷婷]

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