科技日報(bào)訊 （記者劉園園）記者9月2日獲悉，西湖大學(xué)閆湞團(tuán)隊(duì)日前在學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》上連續(xù)發(fā)表兩篇關(guān)聯(lián)論文，揭示了葉綠體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)的動力機(jī)制及其進(jìn)化多樣性，為該領(lǐng)域的研究開辟了新視野。

“葉綠體有‘光能工廠’之稱，是植物進(jìn)行光合作用的主要場所。在這座‘工廠’中，約有3000種蛋白質(zhì)協(xié)同工作，是維持植物生命活動的主力軍?！遍Z湞介紹。然而，絕大多數(shù)葉綠體蛋白都不是葉綠體自己合成的，而是由細(xì)胞核編碼轉(zhuǎn)運(yùn)過來的。掌握葉綠體蛋白在植物內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)運(yùn)通道和動力機(jī)理，就如同獲得了開啟葉綠體這座“工廠”的密鑰。但是目前驅(qū)動蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的動力來源尚不清楚。

為解答這一難題，閆湞團(tuán)隊(duì)利用豌豆構(gòu)建了一個葉綠體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，捕捉到了葉綠體蛋白在豌豆中轉(zhuǎn)運(yùn)的一個瞬間。根據(jù)冷凍電鏡圖像，研究人員初步推測，在轉(zhuǎn)運(yùn)通道中扮演著“馬達(dá)”角色的可能是Ycf2-FtsHi復(fù)合體。

隨后，閆湞團(tuán)隊(duì)從擬南芥中純化出Ycf2-FtsHi復(fù)合體，并解析了其高分辨率結(jié)構(gòu)。他們將Ycf2-FtsHi復(fù)合體的高分辨率結(jié)構(gòu)與先前從豌豆中獲得的冷凍電鏡圖像進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)它們驚人地吻合。

“這一發(fā)現(xiàn)直接且有力地證實(shí)了Ycf2-FtsHi復(fù)合體正是葉綠體的驅(qū)動者，即‘馬達(dá)’?！遍Z湞說。

研究人員還進(jìn)一步探索了“馬達(dá)”在不同光合生物中的進(jìn)化多樣性。他們發(fā)現(xiàn)Ycf2-FtsHi復(fù)合體在綠色植物譜系中高度保守，且在不同物種中存在一定的差異性。

“掌握這些機(jī)理，意味著人類有望調(diào)控葉綠體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)效率，從而優(yōu)化光合作用效率?！遍Z湞說。