研究人員提前了解光合作用中的關(guān)鍵蛋白質(zhì)

苔蘚是在藻類之后但在蕨類植物和樹木之類的維管陸地植物之前進(jìn)化而來，使它們成為研究光合作用的科學(xué)家的一個(gè)有趣目標(biāo)，光合作用是植物將陽光轉(zhuǎn)化為燃料的過程?，F(xiàn)在，能源部勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室(伯克利實(shí)驗(yàn)室)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)可以揭示植物如何從海洋移動(dòng)到陸地的研究。

由Masakazu Iwai和Krishna Niyogi領(lǐng)導(dǎo)的伯克利實(shí)驗(yàn)室研究小組研究了光系統(tǒng)I，它是由于其在光合電子傳遞中的作用而被稱為“電子中樞”的幾種蛋白質(zhì)的復(fù)合物。使用低溫電子顯微鏡(cryo-EM)，它可以獲得前所未有的分辨率，他們發(fā)現(xiàn)一種名為Physcomitrella patens的苔蘚中的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與其他類型的植物(如藻類和草)不同。

他們的論文“Moss Physcomitrella專利中的一個(gè)獨(dú)特的光系統(tǒng)I超分子組織”發(fā)表在“ 自然植物 ”雜志上。Iwai是伯克利實(shí)驗(yàn)室生物科學(xué)領(lǐng)域的主要作者和研究員，“光合作用還有很多未知之處。這項(xiàng)研究可以幫助我們了解植物的陸地化，植物如何在沒有水分條件的土地上生長。”

生物學(xué)家和相應(yīng)作者Niyogi補(bǔ)充說：“植物對陸地環(huán)境的適應(yīng)是地球生命進(jìn)化中一個(gè)巨大而具有挑戰(zhàn)性的步驟，因此了解允許這種生物發(fā)生的生物創(chuàng)新和過程非常重要。 “

更重要的是，更好地理解自然界如何進(jìn)行光合作用，這是造成地球上幾乎所有生物質(zhì)初級生產(chǎn)的原因，可以幫助科學(xué)家開發(fā)人工光合作用，這是一種從陽光，水和二氧化碳中產(chǎn)生燃料的方案。在研究中，研究人員比較了苔蘚中光系統(tǒng)I的結(jié)構(gòu)與小型開花陸地植物擬南芥(Arabidopsis thaliana)和綠藻(Chlamydomonas reinhardtii)中的結(jié)構(gòu)。具體來說，他們研究了光合光采集，這是由兩個(gè)蛋白質(zhì)復(fù)合物，光系統(tǒng)I及其光捕獲復(fù)合蛋白組成的“超復(fù)合物”進(jìn)行的。

Iwai與伯克利實(shí)驗(yàn)室的Patricia Grob和Eva Nogales合作進(jìn)行低溫EM成像，使研究人員能夠獲得蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的高分辨率圖像，而無需對樣品進(jìn)行結(jié)晶或染色。

“光被吸收并轉(zhuǎn)移到光系統(tǒng)I和II的反應(yīng)中心，幾乎完美的效率，本文展示了色素 - 蛋白質(zhì)復(fù)合物的獨(dú)特排列，實(shí)現(xiàn)了這一壯舉，”Niyogi說。“這項(xiàng)工作對植物光合作用的進(jìn)化有影響，因?yàn)槲覀冄芯康挠袡C(jī)體 - 小立碗蘚(一種苔蘚) - 是最早的陸地植物譜系之一的代表，所以我們可以得到一幅光 -在陸地植物進(jìn)化過程中，收獲天線可能看起來像。“

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