3月8日，我校生物科学与技术学院秦晓春研究团队与中科院植物所、清华大学合作在《Nature Plants》（影响因子10:885）发表了题为“Structure of a green algal PSI in complex with a large number of light-harvesting complex I subunits”的研究长文（DOI：10.1038/s41477-019-0379-y），报道了一种潮间带大型绿藻（假根羽藻，Bryopsis Corticulans）光系统I-捕光天线I（PSI-LHCI）超分子复合物的3.49Å分辨率的冷冻电镜结构，这是继高等植物PSI-LHCI结构解析之后（Qin et al., Science, 2015），在光系统I结构与功能研究领域取得的又一重大突破。

PSI是自然界高效的光电转换器件，几乎每吸收一个光子就能产生一个电子，揭示PSI高效吸能、传能和转能的结构基础对于阐明光合作用机理具有重要意义。该论文揭示了绿藻PSI-LHCI超分子复合物是一个由13个核心蛋白亚基、10个捕光天线蛋白、244个叶绿素分子组成的超大跨膜复合物，跨膜高度约40nm，垂直于膜方向的观察面近似扇形，角度约120度、半径约200nm，在目前已报道的PSI结构中捕光截面最大。论文揭示了绿藻PSI-LHCI捕光截面大而能量传递速率却与高等植物PSI-LHCI相当或更快的结构学原因。该文还从光合生物进化角度对比分析了蓝藻（原核生物）、红藻（原始的真核生物）、绿藻（绿色系植物进化的起源）、高等植物中PSI-LHCI复合物的结构，尤其是叶绿素分子的排布，推测它们的捕光天线传递光能的速率可能是逐渐降低的。这可能与植物登陆以后需要面对更剧烈的光环境变化有关，登陆后“能量传递快”并不是植物生长的唯一需求，比如陆生植物要应对高光强进行非光化学淬灭，这迫使植物在能量传递速率上付出一定的代价。

这一研究工作填补了无绿藻PSI-LHCI较高分辨率结构的空白，进一步完善了对光合生物进化过程中PSI结构变化趋势的理解；从进化与光环境适应的角度揭示了捕光天线复合物的捕光设计机理；为揭示绿藻光合膜蛋白PSI-LHCI高效吸能与传能的机理奠定了坚实的结构基础；为人工模拟光合作用机理，为指导设计作物与提高植物的光能利用效率提供了新的理论依据和新思路。

济南大学生物科学与技术学院秦晓春教授、清华大学皮雄博士为该论文的共同第一作者，济南大学为第一贡献单位，中国科学院植物研究所匡廷云院士、清华大学隋森芳院士为该论文的共同通讯作者。济南大学生物科学与技术学院青年教师祝利霞博士、硕士研究生刘明媚同学完成了PSI复合物各亚基序列的测定工作，为无基因序列物种PSI-LHCI的结构解析提供了重要保障。

全文链接：https://www.nature.com/articles/s41477-019-0379-y

撰稿：闫峰　　编辑：张伟　　编审：丛晓峰