中国科学家解析颗石藻光系统结构

9月14日，中国科学院植物研究所发布消息称，王文达研究员和田利金研究员带领的团队首次纯化并解析了赫氏艾米里颗石藻的光系统I-岩藻黄素叶绿素a/c结合蛋白（PSI-FCPI）超级复合物的三维结构。这一研究从原子层面揭示了颗石藻通过优化光系统结构适应海洋光环境的独特机制，为光合生物适应性进化研究提供了重要突破。

颗石藻是海洋中重要的浮游植物，其细胞壁由碳酸钙晶体组成。在白垩纪时期，颗石藻曾达到繁盛阶段，不仅贡献了海洋初级生产力，还因碳酸钙外壳在地层中留下了显著的“白垩”痕迹，对全球碳循环具有重要作用。然而，颗石藻光系统复合物如何高效捕获和利用光能的微观机制此前尚未明确。

研究团队发现，颗石藻的PSI-FCPI超级复合物由51个蛋白亚基和819个色素分子组成，分子量高达1.66兆道尔顿，远超已知的真核生物PSI捕光天线复合物。其捕光截面是典型陆地植物（如豌豆）的4~5倍，光能量子转化效率超过95%，与陆地植物相当。这种高效的能量转化得益于其特殊的蛋白组装和能量传递特性。

进一步研究显示，颗石藻的PSI核心周围环绕着38个FCPI捕光天线，包括Lhcr、Lhcf、Lhcq、RedCAP以及新发现的Lhcq-like亚基。这些天线以模块化方式排列成8个放射状条带，形成“旋涡围绕”PSI核心的巨型捕光天线结构，显著扩展了捕光面积。此外，研究还鉴定出丰富的叶绿素c和岩藻黄素类胡萝卜素，这些色素在捕光天线中含量极高，能够有效吸收深水区的蓝绿光和绿光。叶绿素c与叶绿素a之间的紧密能量耦联消除了能量陷阱，构建了高效畅通的能量传递网络，这可能是颗石藻保持超高量子转化效率的关键。

该研究成果于9月12日以封面论文形式发表在国际学术期刊《Science》上，为理解光合生物能量转化机理提供了新模型，对设计新型光合作用蛋白、开发高碳汇生物资源具有重要意义。