北京
裸藻起源于一次吞噬性裸藻與綠藻的二次內共生事件，這一獨特的進化歷程使其成為綠色譜系質體演化的關鍵節點，并形成了兼具動植物特征、擁有復雜嵌合基因組的混合營養體系。這種獨特的進化史使其光合系統，特別是作為光能捕獲與轉換核心的光系統I (PSI)可能演化出高度特化的結構以適應多變環境。然而其精確的組裝與適應機制長期缺乏原子尺度的直接證據。
為填補這一空白，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心SM10組王玉梅、孫大鵬、博后毛志遠與河北師范大學生命科學學院田立榮團隊合作，通過冷凍電鏡技術，成功解析了纖細裸藻（Euglena gracilis）光系統I-捕光天線（PSI-LHCE）超大復合體2.23??的高分辨率三維結構。
該結構顯示，裸藻PSI-LHCE超級復合體呈現出極高的組分異質性與演化復雜性：其16個外周天線亞基并非同源重復，而是由12個Lhca蛋白與4種不同Lhcbm蛋白精密組裝而成。這種高度異質的天線排布在已知光合系統中極為罕見，揭示了裸藻在復雜水體光環境中通過募集不同功能捕光蛋白以優化光能捕獲的分子適應策略。在色素組成上，該復合體表現出顯著的紅 綠嵌合特征：所有天線蛋白（12個僅結合葉綠素a的Lhca，1個僅結合葉綠素a的Lhcbm以及3個同時結合葉綠素a/b的Lhcbm）均結合了紅系藻類特征色素硅甲藻黃素（Ddx）；同時，研究團隊在PSI核心中鑒定出4個Ddx分子，其精準取代了綠系物種常見的β-胡蘿卜素位置，從原子層面印證了裸藻在演化中融合不同來源色素系統的“紅 綠嵌合”邏輯。進一步分析發現，該復合體具有“小核心、大天線”的獨特組織模式，且其穩定組裝主要依賴LHCE異二聚體之間通過跨膜螺旋“背靠背”排列與構象變構形成的緊密內部網絡，表明天線 天線相互作用（而非僅依賴與核心的對接）是驅動這一巨型超復合體形成的主導力量。
圖1 纖細裸藻PSI-LHCE超級復合物的整體結構
該成果于3月6日以“Structural basis of diadinoxanthin-Chl a/b-binding proteins in the photosystem I supercomplex of Euglena gracilis”為題發表在國際著名學術期刊Science Advances雜志。本工作的冷凍電鏡數據在中國科學院物理研究所冷凍電鏡平臺完成采集。中國科學院物理研究所軟物質物理實驗SM10組王玉梅副研究員和河北師范大學生命科學學院田立榮副教授為論文的共同通訊作者。河北師范大學生命科學學院博士生白天宇、中國科學院物理研究所博士后毛志遠和孫大鵬副研究員為論文共同第一作者。該工作獲得了國家自然科學基金項目和中國科學院的資助。
編輯：LogicMoriaty
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