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我室学者在蓝细菌藻胆体组装研究方面取得新进展
发布人:发布时间:2021-09-27

 (通讯员:牛楠楠)近日,通过与以色列加利利研究院Dror Noy课题组合作,华中农业大学农业微生物学国家重点实验室赵开弘课题组在蓝细菌藻胆体组装研究方面取得新进展。研究成果在《The Plant Journal》杂志在线发表,题为“The Phycobilisome core-membrane linkers from Synechocystis sp. PCC6803 and red-algae assemble in the same topology”。

 光是一个主要的环境信号,在植物和蓝细菌中调节多种重要的生理过程。光可以通过光合作用产生能量,也可以通过光受体来传递生物信号。蓝细菌是光合作用的模式生物,藻胆蛋白位于其捕光天线藻胆体中,可以捕获光能,是蓝细菌最重要的光受体。它们可以吸收不同波长的光能,并将能量以 95% 以上的效率传递到光反应中心。由于具有吸收波长范围宽和环境友好等特点,藻胆体在光合作用理论和实际应用等方面都有重要意义。

 课题组一直致力于蓝细菌藻胆体的研究,2015 年,课题组唐坤同学以 2.2 Å 的分辨率解析了鱼腥蓝细菌 PCC7120 藻胆体中核膜连接蛋白(简称 LCM)最小色素结构域(ApcE)的晶体结构,首次确定了藻胆体核心亚基的结构;2017 年,课题组赵成同学以 1.89 Å 的分辨率解析了鱼腥蓝细菌 PCC7120 藻胆体色素化关键酶 CpcE/F 蛋白复合物的晶体结构;2020 年,课题组胡萍萍同学深入剖析了藻胆体去色素化机制,进一步确定藻胆体裂合酶可以催化藻胆体发色团分离。

 由于 LCM 参与了整个藻胆体核的组装,因此该研究的第一步通过突变集胞藻蓝细菌 PCC6803(简称集胞蓝细菌)藻胆体中编码 LCM 的 apcE 基因,构建了一系列 LCM 突变体。经过深入分析发现:敲除 LCM 中负责组装藻胆体核顶部圆柱筒的第三个重复序列后,藻胆体核的顶部圆柱筒降解,与类囊体膜接触的两个基底圆柱筒之间断开连接;在此基础上进一步敲除 Arm2序列的N-端部分或者全部的螺旋/环/螺旋结构域,基底圆柱筒不能正常组装;将紧连接着螺旋/环/螺旋结构域的后续 30 个氨基酸敲除,也会影响基底圆柱筒的正常组装,导致大量藻蓝蛋白杆的离解;敲除 Arm2 剩余的 C-端结构域并不会对藻胆体核基底圆柱筒的组装产生显著影响。这表明,与文献中假定的藻胆体组装不同,本研究发现集胞蓝细菌藻胆体与红藻藻胆体按相同方式组装,其 LCM 具有相同的拓扑结构(见下图)。

 华中农业大学农业微生物国家重点实验室博士研究生牛楠楠为论文第一作者,赵开弘教授为本文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和以色列科学基金合作项目的资助。

 原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.15389

 审核人:赵开弘