放氧光合作用是大规模利用太阳能把二氧化碳和水合成有机物并放出氧气的过程，是几乎一切生命生存和发展的基础。放氧光合作用光能向化学能转化的原初反应通常是由位于植物、藻类及蓝藻等光合生物类囊体膜上的光系统在可见光（400-700 nm）的驱动下完成的。Acaryochloris marina（A. marina）是一种以叶绿素d（Chl d）作为主要光合色素的独特蓝藻，可通过Chl d吸收低能量的远红光驱动放氧光合作用。然而，此前关于其光系统II（PSII）利用远红光的分子机制并不清楚。

国家植物园（南园）光合膜蛋白结构生物学研究组和南方科技大学及浙江大学研究团队合作，利用冷冻电镜技术首次解析了A. marina光系统II-捕光天线（PSII-Pcb）四聚体超大复合体的结构。该超大复合体长、宽和高分别约为340 Å、200 Å和90 Å，由两个PSII核心二聚体及两侧16个对称的Pcb天线亚基组成，包含80个蛋白亚基和624个辅因子，总分子量约为1.9 Mda。每个PSII单体包含15个核心亚基、1个未知蛋白亚基和4个Pcb天线亚基（命名为PcbA2、PcbA6、PcbA3、PcbC2）。该结构首次揭示了A. marina光系统II反应中心电子传递链外围配位体的特点、4种类型Pcb天线亚基的结构特征及超大复合体的组装原理。基于复合体的结构特点及色素分子的排列情况，研究人员在这一复合体中发现了多条光能捕获及传递途径。

该研究成果打破了原有对光系统II复合体存在形式及光能利用机制的认识，为揭示Chl d型蓝藻利用远红光分子机制提供了结构基础，为理解光合生物光能利用和光适应机制的多样性提供了重要信息，将对设计新型宽光谱光能利用光合系统和高光效作物提供重要启示。

该研究成果于2月23日发表于国际学术期刊Science Advances，国家植物园（南园）已毕业博士研究生、南方科技大学博士后沈亮亮、浙江大学博士研究生汤凯璐和南方科技大学高远瞩博士为论文共同第一作者，国家植物园（南园）韩广业研究员、南方科技大学王培毅教授、浙江大学张兴教授为论文共同通讯作者。国家植物园（南园）匡廷云院士、王文达研究员和澳大利亚悉尼大学陈敏教授等参与了该研究。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金及中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划、中国博士后科学基金、南方科技大学校长卓越博士后等项目资助，并得到国家植物园（南园）公共技术服务中心、南方科技大学科研公共服务平台冷冻电镜中心和浙江大学医学院冷冻电镜中心的支持。

文章链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk7140

Acaryochloris marina (A. marina) PSII-Pcb四聚体超大光合膜蛋白复合体的整体结构