探索光系統(tǒng)II（Photosystem II，PSII）的結(jié)構(gòu)及其功能調(diào)控機制一直是當(dāng)今世界前沿的科學(xué)問題之一。PSII在體內(nèi)的組裝和受到光損傷后的修復(fù)過程需要多種組裝因子參與，是通過形成不同的組裝修復(fù)中間復(fù)合體來完成的復(fù)雜且高度有序的過程。Psb27蛋白是重要的組裝修復(fù)因子之一，在低溫、高光或光強快速變化等脅迫條件下，對維持PSII的高效組裝修復(fù)起著重要作用。目前，在原子、分子水平上揭示Psb27蛋白調(diào)控PSII組裝的精確機制仍存在巨大挑戰(zhàn)。

中科院植物所光合膜蛋白結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究團隊與清華大學(xué)隋森芳研究團隊合作利用單顆粒冷凍電子顯微鏡技術(shù)，首次解析了嗜熱藍(lán)藻Psb27-PSII中間復(fù)合體的近原子分辨率（3.78埃）三維結(jié)構(gòu)，揭示了Psb27結(jié)合的精確位點及該復(fù)合體獨特的結(jié)構(gòu)特征。研究發(fā)現(xiàn)，該蛋白復(fù)合體是由2個Psb27-PSII單體按照C2對稱性組裝而成的二聚體，每個Psb27-PSII單體含有16個蛋白亞基，35個葉綠素分子、11個胡蘿卜素分子、2個去鎂葉綠素分子和大量的脂分子。在PSII的囊腔側(cè)，Psb27蛋白通過與CP43亞基相互作用結(jié)合在中間復(fù)合體上，結(jié)合的Psb27與錳簇穩(wěn)定蛋白PsbO在復(fù)合體上存在一定程度的結(jié)構(gòu)沖突；同時，研究發(fā)現(xiàn)中間復(fù)合體CP43、CP47、D2亞基及其他核心小亞基中與PsbO或PsbU亞基結(jié)合的一些局部構(gòu)象發(fā)生變化，阻止了PsbO和PsbU與PSII復(fù)合體在水裂解催化中心錳簇組裝前過早地結(jié)合。基于結(jié)構(gòu)信息，研究人員提出了PSII組裝修復(fù)過程中外周蛋白解離和結(jié)合的新模型。這是目前解析的第一個PSII中間復(fù)合體結(jié)構(gòu)，對進一步揭示放氧光合生物PSII的組裝修復(fù)過程提供了重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，是理解PSII的組裝修復(fù)過程中結(jié)構(gòu)和功能動態(tài)調(diào)控的重大跨越。

該研究于2021年1月26日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》上。