在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“蛋白質(zhì)機(jī)器與生命過(guò)程調(diào)控”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)的支持下，“光合作用重要蛋白質(zhì)機(jī)器的結(jié)構(gòu)、功能與調(diào)控”和“蛋白質(zhì)機(jī)器的高分辨率冷凍電鏡前沿技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目聯(lián)合攻關(guān)，取得突破進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了植物的光適應(yīng)與捕光調(diào)節(jié)新機(jī)制。

光合作用為世界上幾乎所有的生命體提供賴(lài)以生存的物質(zhì)和能量，放氧光合作用還維持著地球的大氣環(huán)境。放氧光合生物中的光系統(tǒng)I（PSI）和光系統(tǒng)II（PSII）吸收光能，共同完成光驅(qū)動(dòng)的電子傳遞，能量傳遞和轉(zhuǎn)化效率高達(dá)90%以上。狀態(tài)轉(zhuǎn)換是植物和綠藻中一種重要的光合作用調(diào)節(jié)機(jī)制，是植物適應(yīng)光環(huán)境變化、平衡激發(fā)能在兩個(gè)光系統(tǒng)間分配的一種快速響應(yīng)機(jī)制，其中光系統(tǒng)I-捕光復(fù)合物I-捕光復(fù)合物II（PSI-LHCILHCII）超級(jí)復(fù)合物發(fā)揮了重要作用，揭示該復(fù)合物中各個(gè)蛋白亞基的排列及可能的能量傳遞途徑，有助于揭示植物狀態(tài)轉(zhuǎn)換的分子機(jī)理。

中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所李梅研究員和章新政研究員合作，首次報(bào)道了PSILHCI-LHCII超級(jí)復(fù)合物的高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，首次解析了LHCII的N末端磷酸化位點(diǎn)，揭示了LHCII和PSI的相互作用方式，構(gòu)建了PSI中的全部亞基，包括以往PSI晶體結(jié)構(gòu)中缺失的兩個(gè)亞基PsaO和PsaN，并發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)亞基分別介導(dǎo)了LHCI和LHCII向PSI核心的能量傳遞，從而揭示了植物適應(yīng)自然界多變光照條件，對(duì)兩個(gè)光系統(tǒng)的捕光進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而平衡能量分配的分子基礎(chǔ)。該復(fù)合體結(jié)構(gòu)彌補(bǔ)了過(guò)去發(fā)表的PSI晶體結(jié)構(gòu)中缺失的結(jié)構(gòu)信息，發(fā)現(xiàn)潛在能量傳遞途徑，為深入研究植物狀態(tài)轉(zhuǎn)換的分子機(jī)理提供了重要基礎(chǔ)。該項(xiàng)工作所提供的數(shù)據(jù)有望啟發(fā)并促進(jìn)人工光合作用體系的設(shè)計(jì)優(yōu)化等應(yīng)用研究。相關(guān)成果近期在Science雜志發(fā)表。