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甲藻是海洋生態(tài)系統(tǒng)中重要的真核浮游植物類群之一。甲藻是初級(jí)生產(chǎn)力主要貢獻(xiàn)者，也是引發(fā)有害赤潮及產(chǎn)生海洋毒素的主要類群。蟲黃藻等甲藻與珊瑚蟲互惠共生，在維持珊瑚礁生態(tài)平衡過程中起到重要作用。甲藻進(jìn)化出不同于其他藻類和植物的光系統(tǒng)與捕光天線，并結(jié)合類似硅藻類群中的葉綠素c和多甲藻黃素等類胡蘿卜素以更好地適應(yīng)復(fù)雜變化的海洋光環(huán)境，但此前缺乏關(guān)于甲藻光系統(tǒng)和捕光天線的研究。因此，探討甲藻捕光天線和光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與捕光機(jī)制，對(duì)揭示海洋甲藻的光能利用及光適應(yīng)機(jī)制具有重要的生態(tài)價(jià)值和科學(xué)意義。中國科學(xué)院植物研究所光合膜蛋白結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究組利用生理生化和單顆粒冷凍電鏡技術(shù)，探究了赤潮甲藻-強(qiáng)壯前溝藻和共生甲藻-蟲黃藻的3個(gè)光系統(tǒng)I（PSI）-葉綠素（Chls）a/c-多甲藻素捕光天線（PSI-AcpPCI）超級(jí)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)特征和捕光機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了甲藻PSI-AcpPCI超復(fù)合物在亞基組成、蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)、色素排布方面的獨(dú)特性。與其他真核光合生物相比，兩種甲藻的PSI核心PsaA/B亞基明顯變小，缺少20多個(gè)色素結(jié)合位點(diǎn)；而其他PsaD/F/I/J/L/M/R等亞基擴(kuò)大，并發(fā)展出一些新的色素位點(diǎn)，部分彌補(bǔ)了PsaA/B亞基在結(jié)構(gòu)與色素上的變化。這些變化可能是甲藻進(jìn)化過程中經(jīng)歷的多次內(nèi)共生和葉綠體基因組變化所致。甲藻的捕光天線蛋白AcpPCI為適應(yīng)PSI核心亞基結(jié)構(gòu)的變化而產(chǎn)生了一些新的loop結(jié)構(gòu)和色素位點(diǎn)，保證了充分的光能捕獲和順暢傳能，并進(jìn)一步形成了與其他光合生物不同的蛋白組裝模式和能量傳遞網(wǎng)絡(luò)。上述成果為剖析海洋赤潮甲藻和共生甲藻的光適應(yīng)機(jī)制提供了重要結(jié)構(gòu)并奠定了功能基礎(chǔ)，為探索持續(xù)演化的光合生物以及人工設(shè)計(jì)新的自養(yǎng)生物底盤提供了重要線索。2月6日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目、中國科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃等的支持。論文鏈接甲藻光系統(tǒng)I 核心亞基的組裝模式及其重要亞基的結(jié)構(gòu)演化?；疑@示PSI核心蛋白的保守二級(jí)結(jié)構(gòu)，彩色表明甲藻進(jìn)化出新的蛋白片段。