光合作用光反應過程是在一系列鑲嵌在光合膜上的蛋白質超分子機器中進行的，通過光驅動光系統II（PSII）和光系統I（PSI）反應中心電荷分離及光合電子傳遞，將光能轉化為化學能（ATP和NADPH），用于暗反應二氧化碳固定。PSI和PSII催化兩種類型光合電子傳遞，分別為線性電子傳遞和環(huán)式電子傳遞。在環(huán)式電子傳遞路徑中，由NDH蛋白復合物介導的圍繞PSI的環(huán)式電子傳遞是主要路徑之一，該路徑對維持光合固碳過程中ATP的供應及逆境脅迫條件下類囊體膜基質氧化還原狀態(tài)具有重要功能，此前對于該路徑中的關鍵超大膜蛋白復合物PSI-NDH結構和調控機制的認識尚不清楚。

　　中國科學院植物研究所光合膜蛋白結構生物學研究組以飼用/食用作物——大麥為研究材料，利用冷凍電鏡技術首次解析大麥葉綠體PSI-NDH超分子復合物的高分辨率結構，揭示出高等植物PSI-NDH介導光合環(huán)式電子傳遞調控的結構基礎。該復合物整體結構包含55個蛋白亞基、298個葉綠素分子、67個類胡蘿卜素分子和25個脂分子，總分子量約1.6兆道爾頓，是目前解析到的高等植物葉綠體中最大的光合膜蛋白復合物結構。該結構揭示了PSI中特殊天線亞基和高等植物葉綠體中10個特有NDH亞基的精確位置和結構特點，并揭示了亞基間的相互作用及復合物組裝原理。研究結果有助于深入理解光合環(huán)式電子傳遞調控的機制，為利用合成生物學技術構建新型高效光合膜電子傳遞線路、優(yōu)化光合膜能量傳遞途徑、打造高光效和高固碳光合元件和模塊提供新思路。

　　研究對于理解被子植物在進化過程中適應陸生光環(huán)境具有重要意義，對提高飼草及作物光能轉化、二氧化碳固定效率及抗逆能力具有重要指導意義，并為設計高產和高抗逆性的優(yōu)質飼草及作物提供了新技術路線。

　　相關研究成果于12月9日在線發(fā)表在Nature上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項、中科院穩(wěn)定支持基礎研究領域青年團隊計劃、中科院青年創(chuàng)新促進會等的資助，并得到植物所公共技術服務中心和浙江大學醫(yī)學院冷凍電鏡中心與蛋白質平臺的技術支持。

　　論文鏈接

高等植物大麥葉綠體中PSI-NDH的整體結構