近日，我院光合作用与高光效农业课题组在光合细菌光合作用机理研究领域取得重大突破，揭示了来自光合细菌——橙色绿屈挠菌（Chloroflexus aurantiacus, Cfx.）的光反应中心（RC）—捕光天线（LH）复合物（CaRC–LH）的高分辨率结构与功能。研究成果以“Cryo-EM structure of a minimal reaction center–light-harvesting complex from the phototrophic bacterium Chloroflexus aurantiacus”为题在国际顶尖学术期刊Journal of Integrative Plant Biology （JIPB）上发表。

光合作用是地球上最重要的化学反应。光合细菌是一类广泛存在于自然界中的古老的光合生物。除蓝细菌外，其它光合细菌的原初光反应均由单一类型的光反应中心所驱动，根据末端电子受体是铁硫簇或醌，光反应中心分为I型和II型。Cfx.是绿弯菌门的典型代表，拥有II型光反应中心，然而与其它拥有II型RC的光合细菌不同，CaRC不仅结合膜内在捕光天线复合物（LH），而且结合膜外在捕光天线（绿小体），暗示Cfx.可能具有特殊的捕光机理。

本研究首先成功解析了CaRC–LH复合物 3.05 Å的冷冻电镜结构，在复合物中，L、M、Cyt c亚基以及一个新发现的跨膜螺旋蛋白（命名为蛋白N）组成CaRC，7个α/β异二聚体亚基组成LH捕光天线，47个辅助因子分布其中。该结构的独特之处在于，由7个LH亚基构成的新月形结构，仅能环绕在CaRC的两个醌分子结合位点之一——Q_B位点周围，而另一个位点Q_A周围则呈敞开状态。这是目前已有报道中最小的II型RC–LH复合物结构，这一发现暗示Cfx.可能需要与其他类型的天线结合，以弥补其在捕光能力上的不足，从而较为合理的解释了绿小体的结合现象。其次，该结构阐释了CaRC与LH之间复杂的相互作用网络、捕光与能量传递机制以及电子传递机制，揭示了醌分子在复合物中的潜在穿梭通道，为理解光合细菌的电子传递和能量转换机制提供了新的思路。该研究不仅为理解光合细菌的光能捕获和传递机制提供了新的结构基础，还为研究光合生物的进化和适应性变化提供了重要线索。

该研究由济南大学秦晓春课题组与清华大学、南方科技大学隋森芳课题组合作完成。秦晓春教授和隋森芳院士为论文的共同通讯作者，清华大学博士后黄国强，我院副教授董士尚和2024届毕业硕士研究生马林为论文共同第一作者。我院2022级硕士研究生李琳、鞠金鑫参与该项工作。本研究得到国家自然科学基金、泰山学者项目及山东省自然科学基金资助。

董士尚，男，副教授，博士毕业于南开大学，主要从事生物大分子三维空间结构的研究。在Nature Communications等刊物发表第一及通讯作者论文10余篇。

秦晓春，女，教授，博士毕业于中国科学院植物研究所，主要从事光合作用机理与应用的研究。在Science、Nature Plants等刊物发表第一及通讯作者论文30余篇。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/jipb.13853