随“光”窥探植物陆生进化之谜

　　光合作用是地球上最重要的化学反应，光合作用中能量的吸收、传递和转化由光系统I和光系统II两个光系统推动。研究光系统的结构和不同植物之间的区别，对阐明光合作用机理和认识植物进化具有重要意义。

　　近日，中国科学院植物研究所光合膜蛋白结构生物学研究组与清华大学和济南大学合作，采用单颗粒冷冻电镜技术解析了小立碗藓的光系统I-捕光复合物I超分子复合物3.23埃分辨率的三维结构，研究成果发表于《细胞探索》。

　　苔藓植物是现存最早的陆生植物，代表了植物演化过程中从水生到陆生的过渡类群，小立碗藓是苔藓植物门藓纲的模式植物。

　　研究人员发现，小立碗藓光系统I-捕光天线I（PSI-LHCI）超级复合物的结构由4个捕光天线蛋白（Lhca）组成，与高等植物豌豆PSI-LHCI超分子复合物中捕光天线蛋白的数量一致，但是种类和组成顺序不同，随着植物进化，豌豆中的Lhca4取代了小立碗藓中Lhca5的位置。但在小立碗藓捕光天线Lhca5/Lhca2与核心亚基PsaF的交界处，存在一个特殊的叶绿素分子，构成了能量从Lhca5/Lhca2向核心高效传递的路径。

　　与生活在水中的绿藻相比，小立碗藓PSI-LHCI结合的捕光蛋白少，减少了捕光截面，但和豌豆相比，具有更高效的能量传递途径，研究人员推测这可能与藓类植物登陆之后多生长在潮湿低光的环境有关，减少捕光截面有助于避免光破坏，快速捕光有利于生存。

　　该研究揭示了植物由水生向陆生进化过程，以及植物登陆以后进一步适应陆生环境的捕光机制变化。

　　相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41421-021-00242-9