Nature Plants（IF=13.256）2021-08-30

以色列耶路撒冷希伯来大学 Rachel Nechushtai课题组；德国马克斯普朗克化学能转换研究所 Wolfgang Lubitz课题组；以色列特拉维夫大学 Nathan Nelson课题组

沙漠地区快速的昼夜变化要求植物具有强大的适应能力。无论黎明的低光还是正午的极高光都需要植物光合作用系统做出快速且适宜的响应。为了解这些适应机制，研究聚焦于一株分离于沙漠土壤地壳中的小球藻 Chlorella ohadii。首先经纯化获得了此小球藻完整的光系统I，然后进一步鉴定了其在极端强光条件下进行光合作用的功能变化和结构变化。借助冷冻电子显微镜，在低光和高光条件下，解析了分辨率分别为2.70埃和2.71埃的光系统I的核心复合体结构。研究结果进一步表明，一部分捕光天线复合体I和光系统I核心复合体通过消除亚基成员PsaO以最大程度地减少光损伤。另一方面，在低光和高光下条件，捕光天线复合体I中的色素成分及其数量也发生显著变化。高光导致约50%的叶绿素b被叶绿素a所取代，继而提高光系统I核心复合体中的电子转移速率。这些变化使光系统I核心复合体在光生物催化系统中成为一个天然的光合工厂。接着，将光系统I核心复合体在低光和高光下连接到电极上并测定相应的感应光电流。结果显示，高光下光系统I核心复合体所获得的光电流约为低光下的二十五倍，进一步证实了光系统I核心复合体在高光下的高效率。综合来看，可以认为小球藻C. ohadii高光下的光系统I核心复合体是设计沙漠人工光生物催化系统的理想候选者。

原文链接：Cryo-EM photosystem I structure reveals adaptation mechanisms to extreme high light in Chlorella ohadii.  

https://doi.org/10.1038/s41477-021-00983-1