研究人员提前了解光合作用中的关键蛋白质

苔藓是在藻类之后但在蕨类植物和树木之类的维管陆地植物之前进化而来，使它们成为科学家研究光合作用的有趣目标，光合作用是植物将阳光转化为燃料的过程。现在能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的研究人员发现了一个可以揭示植物如何从海洋移动到陆地的发现。

由Masakazu Iwai和Krishna Niyogi领导的伯克利实验室研究小组研究了光系统I，它是由于其在光合作用电子传递中的作用而被称为“电子中枢”的几种蛋白质的复合物。使用低温电子显微镜(cryo-EM)，它可以获得前所未有的分辨率，他们发现一种名为Physcomitrella patens的苔藓中的蛋白质结构与其他类型的植物(如藻类和草)不同。

他们的论文“MossPhyscomitrella专利中的一个独特的光系统I超分子组织”发表在“自然植物”杂志上。Iwai是伯克利实验室生物科学领域的负责人和通讯作者，研究人员说：“光合作用还有很多未知之处。这项研究可以帮助我们了解植物的陆地化，植物如何在没有水分条件的土地上生长。”

生物学家和通讯作者Niyogi补充说：“植物对陆地环境的适应是地球生命进化中一个巨大而具有挑战性的步骤，因此了解允许这种生物发生的生物创新和过程非常重要。 “

更重要的是，更好地理解自然界如何进行光合作用，这是造成地球上几乎所有初级生物质生产的原因，可以帮助科学家开发人工光合作用，这是一种从阳光，水和二氧化碳中产生燃料的方案。在这项研究中，研究人员比较了苔藓中光系统I的结构与小型开花陆地植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)和绿藻(Chlamydomonas reinhardtii)中的结构。具体来说，他们研究了光合作用光采集，这是由两个蛋白质复合物，光系统I及其光捕获复合蛋白组成的“超复合物”进行的。

Iwai与伯克利实验室的Patricia Grob和Eva Nogales合作进行低温EM成像，使研究人员能够获得蛋白质结构的高分辨率图像，而无需对样品进行结晶或染色。

“光被吸收并转移到光系统I和II的反应中心，几乎完美的效率，本文展示了色素 - 蛋白质复合物的独特排列，实现了这一壮举，”Niyogi说。“这项工作对植物光合作用的进化有影响，因为我们研究的有机体 -小立木(苔藓) - 是最早的陆地植物谱系之一的代表，所以我们可以得到一个在陆地植物进化过程中，光捕获天线可能看起来像。“

该研究由美国能源部科学办公室资助。

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