|来利国际AG旗舰厅生命科学学院张立新教授团队在高等植物光适应的调控机制方面取得最新研究进展
发布日期：2025-02-15 点击次数：
将两种状态下的光系统I复合物结构进行对比发现★，PSI-LHCI在状态2时具有更紧凑的构象★，且LHCI中多数叶绿素对之间的Mg-to-Mg距离更短，增强了LHCI与PSI核心的相互作用，进而提高了外围捕光天线到PSI核心的能量传递效率。综上所述，基于两种状态下的冷冻电镜结构模型★，结合突变体表型和生理生化功能分析★，该项工作揭示了优化升级的PSI复合物参与状态转换的新模型，阐述了高等植物光适应的调控新机制，从而为提高作物光适应能力★，改良作物品种提供了理论依据。
张立新教授团队长期从事植物光合作用调控机理研究，取得一系列创新性、系统性研究成果：1★、在国际上首次提出并阐明了相分离驱动叶绿体内蛋白分选的新机制，成果发表于国际顶级期刊Cell上★；2★、发现了调控光合基因表达和复合物组装的关键调控蛋白和作用机制来利国际AG旗舰厅★，揭示了光合膜蛋白复合物组装过程以及叶绿体基因表达的网络调控机理★；3★、发现了叶绿体整合光信号调控植物光形态建成和叶绿体发育的分子机理★，为研究植物如何协调外界环境和内源信号来调控生长发育提供了新视角★。这些成果充实了对光合作用机理的理解★，为光合作用研究的发展做出了重要贡献，同时也为如何实现作物高效利用光能★、提高光合作用效率提供了重要的理论基础，对于作物高光效育种具有重要的应用价值★。
在自然环境中，光照条件的改变会影响植物光合作用的正常运转★，频繁的光照变化会使植物的实际光化学效率下降，甚至造成光损伤★。为维持光合作用高效运行★，植物在演化过程中形成了多种短期和长期的适应机制，既可以在光强较弱时帮助植物增强光能吸收以提高光合效率，也可以在强光或剧烈变化光照条件下通过各类响应机制减少光系统复合物的光损伤。因此★，探究在不断变化的自然光照条件中高等植物的光适应分子机理在理论研究和生产实践上都具有十分重要的意义。
河南大学作物逆境适应与改良国家重点实验室/生命科学学院博士后吴江昊和南方科技大学/清华大学的博士陈帅嘉彬为该论文的共同第一作者★。河南大学作物逆境适应与改良国家重点实验室/生命科学学院张立新教授和南方科技大学/清华大学隋森芳教授为该论文的共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。
该研究通过不同光照条件分别诱导得到状态1和状态2的拟南芥材料，利用活性胶-凝胶过滤层析纯化相关复合物★，并使用单颗粒冷冻电镜解析得到PSI-LHCI-ST1和PSI-LHCI-LHCII-ST2的结构（Fig.1）。在结构分析的基础上，进一步结合突变体遗传分析和生理功能验证发现★，PsaK作为LHCII新的停驻位点，通过与Lhcb1的相互作用促进了LHCII三聚体与PSI核心复合物的结合；同时★，PsaL/PsaK/PsaA等亚基的构象变化增强了PsaO在状态2下与PSI的结合★，进一步稳定LHCII三聚体（Fig.2）★。
