硅藻的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和葉綠體形態(tài)。a:中心綱硅藻（中心對(duì)稱的硅質(zhì)細(xì)胞壁）；b:羽紋綱硅藻（兩側(cè)對(duì)稱的硅質(zhì)細(xì)胞壁）；c：三角褐指藻細(xì)胞中緊湊的細(xì)胞核（靛藍(lán)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(guó)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(gè)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(tuán)隊(duì)完成。北京時(shí)間2月8日，中國(guó)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(lán)綠光和淬滅過(guò)剩激發(fā)能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”，獲國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》以長(zhǎng)文形式發(fā)表。

這項(xiàng)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(jī)理，以及硅藻超強(qiáng)的光保護(hù)機(jī)制提供了堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，也為實(shí)現(xiàn)光合作用寬幅捕獲和快速傳遞光能的理論計(jì)算提供了可能，為人工模擬光合作用機(jī)理提供了新理論依據(jù)。

同時(shí)，該研究成果為指導(dǎo)設(shè)計(jì)新型作物、提高植物的捕光和光保護(hù)能力提供了新思路和新策略，有望基于該成果設(shè)計(jì)出能夠利用綠光波段、具有高效捕光和光保護(hù)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(lán)綠光捕獲能力和極強(qiáng)的光保護(hù)能力，是硅藻能夠在海洋中繁盛的重要原因之一。同時(shí)，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(qiáng)大的光保護(hù)機(jī)制，有助于硅藻將過(guò)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(zhǎng)期沒(méi)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(tuán)隊(duì)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(wú)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(hù)機(jī)制，亟待通過(guò)結(jié)構(gòu)研究而獲得新的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

該團(tuán)隊(duì)完成的硅藻第一個(gè)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(xì)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(lán)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(duì)幾十年來(lái)硅藻主要捕光天線蛋白聚合狀態(tài)研究提供了第一個(gè)明確的實(shí)驗(yàn)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(hù)機(jī)制提供重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

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

[責(zé)任編輯：楊凡、楊婷婷]

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