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硅藻是重要的红色谱系水生植物，每年为自然界提供约20%光合原初生产力。为适应复杂变化的海洋光环境，硅藻进化出独特的光系统和FCP捕光天线（Fucoxanthin Chlorophyll a/c protein），并结合了特殊的叶绿素c、岩藻黄素、硅甲藻黄素及硅藻黄素。目前，硅藻光系统反应中心和FCP二聚体天线的聚合方式以及光保护相关捕光天线介导的光保护机制尚未得到揭示，进一步探究其捕光天线和光系统蛋白复合体的结构与功能将为浮游硅藻的光能利用及光适应机制提供重要线索。

假微型海链藻PSII-FCPII超级复合物的结构及色素分布

a，PSII-FCPII单体的亚基模式图；b，同质FCP二聚体（绿）、异质FCP二聚体（橙/黄）、Lhcx6_1（红）的三维结构及色素位点（叶绿素a：绿；叶绿素c：紫；岩藻黄素：橙；硅甲藻黄素：蓝；硅藻黄素：靛）；c，PSII-FCPII的色素排布与Lhcx6_1介导的能量传递路径（橙色箭头）和淬灭的路径（蓝色箭头）；d，Lhcx6_1结合的硅藻黄素分子。

国家植物园、中国科学院植物研究所光合膜蛋白结构生物学研究组利用生理生化和单颗粒冷冻电镜技术解析了硅藻假微型海链藻（Thalassiosira pseudonana）的PSII-FCPII-Lhcx6_1超级复合物2.68埃分辨率的三维结构，发现了二聚体FCP捕光天线、以及光保护相关与Lhcx6_1亚基与PSII的结合方式，鉴定了独特的硅藻黄素分子，描绘了新型的二聚体FCPII和Lhcx6_1介导的能量传递和光保护途径。该研究发现，一个光保护相关的Lhcx6_1天线将一个新型的FCP同质二聚体连接到PSII核心的CP47侧，Lhcx6_1起到了连接桥梁的作用，并将外周FCPII天线的能量间接地传递至核心，Lhcx6_1内部形成了两条能量传输途径，一条通过两个叶绿素簇介导能量的快速传递，另一条依赖硅甲藻黄素-硅藻黄素循环淬灭过剩能量。在核心的另一侧，一个保守的捕光Lhca2天线将新发现的异质FCP二聚体连接至CP43侧，相对灵活地参与光能的收集与传递。结合此前的生化和结构数据，科研人员发现不同硅藻物种的PsbG小亚基发生变化，进一步介导PSII外围单体、二聚体或四聚体FCP捕光天线组装成超级复合物。外围的Lhcx天线、同质/异质二聚体FCP、四聚体FCP天线结合不同比例的叶绿素、岩藻黄素和硅藻黄素等来调控捕光、传能和激发能淬灭，使硅藻PSII-FCPII更好地应对海洋光环境的复杂与动态变化。

该研究成果于10月25日在线发表在国际学术期刊Science Advances。国家植物园、中国科学院植物研究所博士研究生冯岳和李振华为论文共同第一作者，王文达研究员为论文通讯作者，匡廷云院士、韩广业研究员和杨文强研究员等参与了该研究。研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院先导专项、中国科学院青促会和基础研究领域青年团队计划等项目资助。

文章链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi8446