人民網北京9月14日電 （記者趙竹青）記者從中國科學院獲悉，中國科學院植物研究所王文達研究員和田利金研究員帶領團隊首次純化并解析了來自赫氏艾米里顆石藻（Emiliania huxleyi）的光系統I-巖藻黃素葉綠素a/c結合蛋白（PSI-FCPI）超級復合物三維結構，首次在原子層面揭示了顆石藻通過擴展和優化其光系統結構來適應海洋光環境的獨特策略。9月12日，該成果在國際學術期刊《科學》以封面論文形式發表。
顆石藻（Coccolithophores）是海洋中的主要浮游植物之一，它能夠適應海水不同深度的多變光環境，高效的光合自養生長可助其快速繁殖，但顆石藻光系統復合物如何能高效捕獲和利用光能的微觀機理并不清楚。
此次解析的顆石藻PSI-FCPI超級復合物是一個巨大光合膜蛋白機器，由51個蛋白亞基和819個色素分子組成，分子量高達1.66兆道爾頓，遠超已報道的真核生物PSI捕光天線復合物。它的捕光截面是典型陸地植物（豌豆）PSI超級復合物的4~5倍。飛秒瞬態吸收光譜結果表明，顆石藻PSI-FCPI捕獲光能的量子轉化效率超過95%，與陸地植物PSI超級復合物效率相當，說明顆石藻PSI-FCPI具備特殊的蛋白組裝和能量傳遞特征。
研究發現，顆石藻的PSI核心周圍環繞著38個FCPI捕光天線，并以模塊化的方式排列成8個放射狀排布的捕光天線條帶。這種“旋渦圍繞”PSI核心的巨型捕光天線依靠大量新型捕光天線的精密裝配，極大地擴展了捕光面積。研究團隊還鑒定到豐富的葉綠素c和巖藻黃素類型的類胡蘿卜素，這些色素在新發現的捕光天線中含量極高，使其能有效地吸收深水區波長在460~540納米間的藍綠光和綠光。此外，大量葉綠素c與葉綠素a形成了緊密的能量耦聯并消除了能量陷阱，構成了平坦暢通的能量傳遞網絡，這可能是其保持超高量子轉化效率的關鍵。
王文達表示：“顆石藻光系統復合物的結構解析和機理研究，為理解光合生物高效的能量轉化機制提供了新的結構模型。未來，我們也希望以此為基礎設計新型光合作用蛋白，并進一步指導人工模擬和開發高碳匯生物資源，這在合成生物學和氣候變化應對領域，都具有巨大潛力。”