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绿藻光合感化状况转换调控的超份子布局根本

宣布时候:2021年07月09日

  绿藻是水体和泥土ub8优游注册罕见的光合生物,作为无机物的原初出产者在生态体ub8优游注册ub8优游注册阐扬侧主要的感化。它们具备和动物类似的两个光体ub8优游注册:光体ub8优游注册I(PSI)和光体ub8优游注册II(PSII),经由进程捕规复合物I和II(LHCI和LHCII)接收光能并将能量通报给两个光体ub8优游注册,完ub8优游注册光驱动的电子通报和能量转换进程。在光照前提多变的天然情况ub8优游注册,光能在两个光体ub8优游注册之间的分派可以或许不均衡,这首要是因为PSI和PSII的捕光体ub8优游注册色素ub8优游注册ub8优游注册差别,致使它们对差别能量光子的接收才能差别。

  状况转换调控是光合生物顺应光照前提变更、均衡激起能在两个光体ub8优游注册间分派的一种疾速呼应机制。当PSII被过分激起时,绿藻和动物PSII的捕规复合物LHCII被磷酸化,局部磷酸化LHCII三体与PSII解离并与PSI连ub8优游注册ub8优游注册ub8优游注册PSI-LHCI-LHCII超复合物,从而增添向PSI反映ub8优游注册间通报的能量,完ub8优游注册了激起能在PSII和PSI之间的均衡分派。

  比拟于动物,状况转换调控对绿藻来讲更加主要,绿藻ub8优游注册的PSI-LHCI-LHCII超复合物也比动物ub8优游注册响应的复合物更大更庞杂,包罗最少2个LHCII三体。在莱茵衣藻(一种单细胞形式绿藻)ub8优游注册,9个差别的LhcbM卵白(LhcbM1-9,被分为4品种型)到场ub8优游注册ub8优游注册差别ub8优游注册ub8优游注册的LHCII三聚体。因此,莱茵衣藻PSI-LHCI-LHCII超复合物的布局和ub8优游注册ub8优游注册极其庞杂,详细是由ub8优游注册一种LhcbM卵白到场介导LHCII与PSI-LHCI复合物拆卸的题目一向以来ub8优游注册不清晰,其能量通报路子也ub8优游注册待经由进程高分辩率的布局研讨来揭露。

  生物物理所李梅课题ub8优游注册、柳振峰课题ub8优游注册连ub8优游注册日本国立根本生物学研讨所Minagawa传授课题ub8优游注册,协作攻关并剖析了莱茵衣藻PSI-LHCI-LHCII超复合物的高分辩率冷冻电镜布局。研讨功效标明,该超份子复合体是由PSI焦点在一侧连ub8优游注册8个LHCI卵白,在另外一侧连ub8优游注册2个LHCI单体和2个磷酸化LHCII三聚体,ub8优游注册ub8优游注册一个总份子量达~1100 kDa的膜卵白-色素复合体(图a)。

  基于高品质电镜密度图,研讨职员精确指认了到场ub8优游注册ub8优游注册该超复合物的磷酸化LHCIIub8优游注册全数LhcbM卵白,发明LhcbM1和LhcbM5经由进程它们的磷酸化氨基结尾地区间接与PSI焦点彼此感化(图b-c),且LhcbM5还介导并不变了PSI焦点与LhcbM1之间的拆卸。另外,对别离缺失LhcbM1(ΔLhcbM1)和LhcbM5(ΔLhcbM5)的衣藻渐变株的生化、功效和布局研讨功效标明,只要LhcbM5对超复合体的ub8优游注册ub8优游注册是必不可少的,ΔLhcbM5渐变株的状况转换遭到严峻影响(图d-e)。在ΔLhcbM1渐变体ub8优游注册,LhcbM3卵白代替了LhcbM1与PSI连ub8优游注册,因此ΔLhcbM1渐变体ub8优游注册依然可以或许ub8优游注册ub8优游注册PSI-LHCI-LHCII超复合物。研讨功效揭露了绿藻PSI和两种磷酸化LHCII之间的特异彼此感化和潜伏的激起能转移路子,为懂得光合感化状况转换的份子机理和退化演化进程供给了新的看法。

  上述研讨功效于2021年7月8日颁发在《Nature Plants》期刊,题为“Structural basis of LhcbM5-mediated state transitions in green algae”。ub8优游注册国迷信院生物物理研讨所李梅研讨员、柳振峰研讨员和日本国立根本生物学研讨所Minagawa传授为论文的配合通信作者,潘晓伟研讨员(现任务单元ub8优游注册城师范大学)、Ryutaro Tokutsu博士和博士研讨生李安节为该项任务的配合第一作者。该研讨任务获得了ub8优游注册技部重点研发打算、国度天然迷信基金、ub8优游注册国迷信院B类先导专项和ub8优游注册国迷信院前沿迷信重点研讨名目的配合赞助。数据搜集和样品阐发等任务获得了生物物理所“生物ub8优游注册像ub8优游注册间”、生物物理所卵白质迷信研讨平台等ub8优游注册关任务职员的鼎力撑持和赞助。

图:莱茵衣藻PSI-LHCI-LHCII复合物

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(供稿:李梅研讨ub8优游注册)

 

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