國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然-植物》（Nature Plants）在線發(fā)表了題為Structural basis for energy and electron transfer of the photosystem I–IsiA–flavodoxin supercomplex 的研究論文，該項(xiàng)工作是由中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所李梅/常文瑞課題組與章新政課題組合作完成的。

光合藍(lán)藻(Cyanobacteria)是海洋區(qū)域主要的有機(jī)物初級(jí)生產(chǎn)者，并具有光合效率高、生長(zhǎng)速度快和易于進(jìn)行基因改造等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的基因工程宿主菌，也是光合作用研究的模式生物。藍(lán)藻所生存的自然水生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)成分、光照和溫度等不斷發(fā)生著變化，特別是鐵缺乏的現(xiàn)象普遍存在，這是由于亞鐵離子易被氧化成溶解度低的鐵離子，從而造成鐵離子在天然水環(huán)境中含量很低。而藍(lán)藻中光系統(tǒng)I (PhotosystemI，PSI)及其電子受體鐵氧還蛋白(Ferredoxin， Fd)都是結(jié)合有多個(gè)鐵離子的蛋白，其數(shù)量在缺鐵環(huán)境中會(huì)大幅減少。為了應(yīng)對(duì)缺鐵脅迫的生存環(huán)境，并維持高效的光合效率，藍(lán)藻進(jìn)化出一種有效的適應(yīng)與調(diào)控機(jī)制，包括大量合成缺鐵誘導(dǎo)的捕光天線膜蛋白-色素復(fù)合物IsiA及結(jié)合黃素單核苷酸的黃素氧還蛋白(Flavodoxin， Fld)，18個(gè)IsiA結(jié)合在PSI的周圍，增加PSI的捕光效率，同時(shí)Fld替代Fd從PSI接受電子，形成分子量超過2兆道爾頓的PSI-IsiA-Fld超級(jí)復(fù)合物。

該項(xiàng)工作報(bào)道了藍(lán)藻Synechococcus sp. PCC 7942來源的PSI-IsiA和PSI-IsiA-Fld兩種超級(jí)復(fù)合物的單顆粒冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，分辨率分別為2.9埃和3.3埃。PSI-IsiA結(jié)構(gòu)揭示了藍(lán)藻PSI三聚體核心與18個(gè)IsiA天線蛋白之間精確的裝配原理和復(fù)雜的能量傳遞途徑，并發(fā)現(xiàn)了新的色素結(jié)合位點(diǎn)及其相關(guān)的新能量通路。PSI-IsiA-Fld結(jié)構(gòu)展示了Fld蛋白與PSI結(jié)合的具體位置及相互作用細(xì)節(jié)，揭示了在缺鐵脅迫狀態(tài)下PSI維持其有效電子傳遞的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。在研究過程中，由于Fld電子受體結(jié)合的靈活性，研究人員通過外源添加和交聯(lián)的方式固定了電子受體，從而成功獲得了穩(wěn)定的PSI-IsiA-Fld復(fù)合物。該項(xiàng)研究結(jié)果有助于人們理解藍(lán)藻發(fā)揮光合作用及其動(dòng)態(tài)調(diào)控的分子機(jī)理，并且為在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上開展藍(lán)藻基因工程改造提供了數(shù)據(jù)。