光系統(tǒng)I-捕光天線(xiàn)復(fù)合體在光合作用中負(fù)責(zé)將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。由于光合生物對(duì)不同光環(huán)境的適應(yīng)性，該復(fù)合體在結(jié)構(gòu)和大小上呈現(xiàn)顯著差異。特別是從海岸帶向“陸”和“洋”兩個(gè)方向的環(huán)境適應(yīng)過(guò)程中，光系統(tǒng)I-捕光天線(xiàn)復(fù)合體更是經(jīng)歷了深刻的演化。顆石藻起源于古海岸帶，于中生代征服遠(yuǎn)洋并達(dá)到繁盛，對(duì)當(dāng)今全球的氣候和生態(tài)意義重大。其中，赫胥黎艾氏藻（Emiliania huxleyi）是顆石藻類(lèi)群中最著名的模式生物，是海岸帶生物學(xué)中的重要研究對(duì)象。因此，赫胥黎艾氏藻光系統(tǒng)I-捕光天線(xiàn)復(fù)合體光能利用分子機(jī)制的研究對(duì)于海岸帶生物適應(yīng)性進(jìn)化的研究意義非常重大。
9月12日，中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所王春德研究組王寅初工程師，與中國(guó)科學(xué)院植物所王文達(dá)研究團(tuán)隊(duì)等合作，在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《Science》發(fā)文揭示了赫胥黎艾氏藻光適應(yīng)進(jìn)化的重要機(jī)制（圖1）。
圖1 Science封面報(bào)道以及赫胥黎艾氏藻的PS I-FCPI超復(fù)合體模型
該研究報(bào)道了來(lái)自赫胥黎艾氏藻的光系統(tǒng)I-巖藻黃素葉綠素a/c結(jié)合蛋白（PSI-FCPI）超級(jí)復(fù)合物三維結(jié)構(gòu)與色素蛋白特征，分辨率為2.79 ?。該結(jié)構(gòu)顯示了一個(gè)由51個(gè)蛋白亞基和819個(gè)色素分子組成的、分子量高達(dá)1.66兆道爾頓的巨大超復(fù)合物。飛秒瞬態(tài)吸收光譜結(jié)果表明赫胥黎艾氏藻PSI-FCPI在不同光波段下的光能量子轉(zhuǎn)化效率超過(guò)95%。該研究首次在原子層面揭示了顆石藻通過(guò)擴(kuò)展和優(yōu)化其光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)適應(yīng)海洋光環(huán)境的獨(dú)特策略，是光合生物光適應(yīng)進(jìn)化研究中的一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)（圖2）。
圖2 基于光系統(tǒng)I-捕光天線(xiàn)復(fù)合體的結(jié)構(gòu)比較與亞基組裝關(guān)系展示典型光合生物在“陸”和“洋”兩個(gè)方向上的光適應(yīng)進(jìn)化
研究成果以《Science》封面論文形式發(fā)表了題為“Structure and function of a huge photosystem I-fucoxanthin chlorophyll supercomplex from a coccolithophore”的研究論文，煙臺(tái)海岸帶所王寅初為文章共同第一作者。王寅初致力于數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)驅(qū)動(dòng)的海岸帶植物資源演化研究，其創(chuàng)建的中國(guó)海岸帶植物資源數(shù)據(jù)庫(kù)于2021年成功入選國(guó)家基礎(chǔ)學(xué)科公共科學(xué)數(shù)據(jù)中心，使海岸帶科學(xué)在科學(xué)數(shù)據(jù)領(lǐng)域成為公認(rèn)的基礎(chǔ)學(xué)科。在配合數(shù)據(jù)庫(kù)的海岸帶學(xué)科建設(shè)上，遵循海岸帶生物的“起源、登陸、征洋、共存”四部曲架構(gòu)，本研究補(bǔ)齊了數(shù)據(jù)庫(kù)多年學(xué)科建設(shè)中的第三部曲“征洋”篇。
