光合作用將太陽能轉化為化學能，固定二氧化碳，合成有機物並釋放氧氣，是大多數地球生命存續和發展的基礎，同時也在維持全球碳循環和生態平衡方面發揮着重要作用。綠藻與植物的主要捕光天線（LHCII）三聚體複合物，在光合作用的光能捕獲、能量轉移和光保護過程中扮演着不可或缺的關鍵角色。管藻目綠藻假根羽藻（Bryopsis corticulans）是海洋綠藻的早期分支之一，生長在水陸交界的潮間帶，適應複雜多變的光環境，深入研究其LHCII複合物結構、功能和狀態變化有助於更全面地理解海洋綠藻的光能利用和適應機制。
重點實驗室光合膜蛋白結構生物學研究組運用生理生化、晶體學、冷凍電鏡和光譜學等多種技術手段，首次詳細揭示了假根羽藻LHCII的同質三聚體和異質三聚體捕光天線複合物的精細結構和功能特徵，發現可吸收綠光的管藻素和管藻黃素替代了常見綠藻和植物LHCII中的類胡蘿蔔素位點，同時兩個額外的葉綠素b取代了原有的葉綠素a，這些色素變化共同增強了假根羽藻在潮間帶光環境下對藍綠色光的捕獲能力。研究進一步發現，假根羽藻LHCII同質三聚體在晶體聚集態和單顆粒溶液狀態下存在微小的結構差異；而且同質和異質三聚體之間也存在構象差異，特別是假根羽藻LHCII異質三聚體的C末端更加柔性，導致其丟失一個類胡蘿蔔素位點。這些構象變化表明假根羽藻LHCII三聚體結構和功能狀態的靈活性可能與其捕光和光保護功能的轉換有關，為未來設計適應動態光變化的光合捕光元件提供了新思路。
該成果於8月25日在線發表於Structure雜誌，實驗室博士研究生李振華、周萃萃和已畢業博士研究生趙松浩為論文共同第一作者，王文達研究員為論文通訊作者，匡廷雲院士、韓廣業研究員、國家植物園（北園）桑敏高級工程師、濟南大學秦曉春教授等參與了該研究。研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院先導專項、中國科學院青促會和基礎研究領域青年團隊計劃等項目資助。
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http://doi.org/10.1016/j.str.2023.08.001
假根羽藻LHCII同質和異質三聚體的結構解析示意圖
