光系統I（PSI）和光系統II（PSII）是光合作用中執(zhí)行光能轉化的重要超分子色素膜蛋白復合體。光合生物為了適應不同的光環(huán)境，進化出了多種多樣的光能捕獲機制。藍藻是最早的光合放氧生物，對地球表面大氣環(huán)境從無氧變?yōu)橛醒踹^程中發(fā)揮了巨大作用。藻膽體（PBS）作為藍藻的主要捕光天線，捕獲光能并傳遞激發(fā)能至PSI或者PSII。根據PBS與光合膜連接類型及結構組成的不同，藍藻PBS主要分為CpcG-PBS和CpcL-PBS兩種類型，其中CpcG-PBS由藻膽體核心和外圍桿狀結構組成，而CpcL-PBS僅由一條桿狀結構組成，能夠特異性地與PSI結合形成PSI-CpcL-PBS復合體。然而，長期以來關于這一復合體的精細結構、CpcL-PBS與PSI的結合方式和其能量傳遞路徑一直缺乏清晰的認識。

研究人員選取絲狀固氮藍藻Anabaena sp. PCC 7120為研究材料，在分離超大復合體的基礎上，利用冷凍電鏡技術首次解析了PSI-CpcL-PBS和CpcL-PBS超分子復合體高分辨率結構。研究發(fā)現，CpcL-PBS位于PSI四聚體的基質側，是一個由18對藻藍蛋白αβ單體以及4個連接蛋白CpcL、CpcC1、CpcC2和PecC組成的三層桿狀復合體，共包含40個亞基和54個藻膽色素分子。其中，CpcL、CpcC1、CpcC2和PecC依次排列，構成支撐整條桿狀藻膽體組裝的骨架。進一步分析表明，CpcL介導PBS與PSI的結合，CpcL的C端跨膜螺旋插入PSI四聚體2個單體之間的交界面處，與PsaA、PsaB和PsaM發(fā)生相互作用，與此同時，PSI中的脂質分子SQD801通過與CpcL的疏水相互作用調控CpcL與PSI的結合。在能量傳遞過程中，位于CpcL-PBS近膜端的3個關鍵藻膽素1Iβ821、1Iβ822和1Iβ823均處于可向PSI葉綠素傳遞能量的有效位置范圍內，可作為PBS向PSI能量傳遞的末端供體。

該研究首次從原子和近原子水平揭示了藍藻PSI-CpcL-PBS超級復合體整體在光合膜上的組裝方式，闡明了CpcL介導PBS與PSI結合的分子機制，為理解藍藻PSI特異性捕光天線的組裝和光能傳遞提供了重要結構基礎。

該研究成果于3月25日在線發(fā)表在《PNAS》期刊上。中科院植物所已畢業(yè)博士研究生毛志遠、特別研究助理李振華和已畢業(yè)博士研究生李星玥為論文共同第一作者，韓廣業(yè)研究員和王文達研究員為論文共同通訊作者。

論文鏈接：

www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2530459123

藍藻Anabaena sp. PCC 7120的PSI-CpcL-PBS及CpcL-PBS的結構細節(jié)。