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    馬為民研究組合作揭示調控藍藻環式電子傳遞的分子機制

    發布者:新聞中心作者:發布時間:2020-03-09瀏覽次數:494

    一般認為,藍藻光合作用首次給地球帶來了氧氣。氧氣在地球上的出現不僅促進了復雜生命的進化,而且也給藍藻帶來了活性氧的毒害。為了適應有活性氧的新環境,藍藻在進化過程中形成了許多抗氧化機制,包括圍繞光系統I(PSI)的環式電子傳遞。NDH-1是環式電子傳遞途徑中的一個關鍵組分。我校生命科學學院馬為民研究組一直從事藍藻光合NDH-1相關的研究工作,鑒定并揭示了多個光合NDH-1調控亞基的生理功能(Battchikova et al., J Biol Chem, 2011; Zhao et al., J Biol Chem, 2014; Gao et al., Plant Physiol, 2016a),也發現了NDH-1-PSI超分子復合體(Gao et al., Plant Physiol, 2016b)。然而,迄今為止,人們對環式電子傳遞的調控機制尚不清楚。

    2020年2月14日,Nature Communications期刊以Article形式在線發表了上海交通大學附屬上海精準醫學研究院雷鳴研究組和上海師范大學生命科學學院馬為民研究組的合作研究成果,題為“Structural insights into NDH-1 mediated cyclic electron transfer”。該研究工作利用單顆粒冷凍電鏡方法解析了藍藻光合NDH-1L的完整結構,包含了它的電子供體——鐵氧還蛋白(ferredoxin, Fd),并發現了放氧光合生物特有的調控亞基NdhV和NdhO與Fd的結合位點。在三維結構的基礎上,通過分子生物學、生理生化等手段,該研究工作進一步提出了NdhV和NdhO正、負調控藍藻環式電子傳遞的分子機制。

    在結構和功能數據的基礎上,本研究提出了一個藍藻應對高光脅迫的抗氧化機制(下圖)。在生長光條件下,僅小部分NdhV協助光還原Fd結合到NDH-1L復合體,從而限制了環式電子傳遞,滿足了高效光合所需的ATP/NADPH比例。當藍藻短期暴露到高光條件下,更多的NdhV將協助增加的光還原Fd結合到NDH-1L復合體,從而加速了環式電子傳遞,實現了高效光合。如果長期生長在高光條件下,藍藻將誘導新的NDH-1MS復合體來進一步加速環式電子傳遞。這一環式電子傳遞分級操作的精細調控機制對于藍藻適應有氧的環境條件,并最終開啟復雜生命在地球上的進化是至關重要的。

    上海交通大學附屬上海精準醫學研究院雷鳴研究員、武健研究員,以及上海師范大學生命科學學院馬為民教授為論文的共同通訊作者。張春莉博士和博士生帥進、冉兆星為該項工作的共同第一作者。該研究工作得到了國家自然科學基金、上海市科學技術委員會和上海市教委的共同資助。

      

    高光調控藍藻環式電子傳遞的模式圖

      

    文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-14732-z

      

    (供稿、圖片:生命科學學院)

      

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