即日起，分析测试中心将不定期推送冷冻电镜国内外应用案例，供各团队谋划使用冷冻电镜设备开展科研创新提供参考！
题目: Structure and function of a huge photosystem I–fucoxanthin chlorophyll supercomplex from a coccolithophore
链接: https://doi.org/10.1126/science.adv2132
2025年9月11日，《Science》在线发表中国科学院植物研究所、烟台海岸带研究所等团队的研究论文，该团队利用单颗粒冷冻电镜技术，以2.79Å高分辨率解析了球石藻Emiliania huxleyi（Eh）的光合系统I-岩藻黄素叶绿素a/c结合蛋白（PSI-FCPI）超复合体结构，首次揭示了这一“超大尺寸”复合体的组装规律与高效光能利用策略，为红系藻类光合适应进化研究提供了关键结构依据。
核心发现：揭示PSI-FCPI超复合体的组装规律与高效光能利用策略
该超复合体是目前已知最大的PSI-天线超复合体，为单体结构，包含12个PSI核心亚基、1个特有腔侧连接蛋白EhLP，以及38个外周Eh-FCPI天线亚基，总分子量约1.66 MDa。其色素网络极为复杂，共含819种色素（411个叶绿素a、152个叶绿素c、256种类胡萝卜素等），远超硅藻（24个FCPI）和其他定鞭藻（22个iFCPI）的PSI复合体，捕光截面是陆生植物PSI-LHCI的4-5倍。
结构分析显示，38个Eh-FCPI天线呈径向排列形成8个带状簇，系统发育分析揭示16个Lhcq-like亚基为E. huxleyi特有，其余10个Lhcr、1个Lhcf、1个RedCAP及10个Lhcq亚基与红藻或硅藻同源。关键连接蛋白EhLP通过氢键与疏水作用，桥接PSI核心（PsaA/J）与FCPI天线（Eh-FCPI-6/7/27），而Lhcq/ Lhcq-like亚基的N端螺旋、AC环及C端环延长，进一步稳定了天线间相互作用，形成模块化组装模式。
功能上，该复合体含4种叶绿素c（如Chl c₂-MGDG、MvChl c₃）及4种岩藻黄素衍生物（如HFx、kHFx），叶绿素a/c比例仅2.1（远低于硅藻的6.92），可高效吸收海水环境中剩余的蓝绿光（460-540 nm）。飞秒瞬态吸收光谱证实，其激发捕获时间为96-120 ps，量子效率仍高达95%——这得益于平坦的能量景观（无能量陷阱）及Chl a-c/c-c紧密耦合（中心距<5Å），避免了大天线导致的效率损失。
总结与展望
该研究不仅阐明了球石藻通过“模块化天线+多样色素”适应海洋光环境的分子机制，还揭示了红系藻类PSI天线从Lhcr向Lhcq、Lhcq-like的进化分化路径。作为白垩纪以来的海洋优势类群，球石藻的高效光合机制对全球初级生产力及碳钙循环至关重要，其结构也为设计高效人工光合系统提供了天然模板。
本文来源 [ CNS分享微信公众号]
推文原链接：https://mp.weixin.qq.com/s/hIyLRGLWYuTRLeJqD4YpDg
福建农林大学分析测试中心
2025年9月23日
