科學家揭示萊茵衣藻中依賴LHCSR3的超快能量猝滅機制

近日，中國科學院植物研究所研究員田利金團隊與合作者創新性地制備了既保留能量猝滅功能又具有低散射效應的萊茵衣藻微型細胞碎片樣品，獲得了高信噪比的飛秒瞬態吸收數據，在揭示依賴LHCSR3蛋白的超快能量猝滅機制方面取得了新進展。相關研究成果發表于《自然—通訊》。

光合微藻固碳占全球總固碳量的50%以上，是生態系統碳循環的重要組成部分。微藻的生長需要陽光，但過量的光照會帶來致命的光損傷。LHCSRs蛋白是綠藻的光保護蛋白，在強光下，該蛋白響應類囊體腔的酸化并激活光系統II超復合體的能量猝滅（qE），從而保護光合蛋白免受光損傷。qE機制對微藻的生存至關重要，是多年來光合作用研究的熱點之一，但其中的光物理機制尚不清楚。

在這項研究中，研究人員利用LHCSR3蛋白正常表達和缺失的萊茵衣藻細胞開展對比研究，他們發現，在酸性pH條件下，含有光保護蛋白的細胞碎片樣品具有較強的能量猝滅活性，而缺少此蛋白的樣品不具有此猝滅能力。

通過進一步對超快光譜學數據進行動力學建模，科研人員成功揭示了LHCSR3蛋白調控的能量猝滅過程是通過從葉綠素aQy態到類胡蘿卜素（葉黃素1）S1態的超快能量轉移途徑實現的，并且這一過程發生在極快的時間尺度（<10皮秒），即千億分之一秒內，確保了對光系統II光反應快速運轉過程進行高效的光保護。

該研究提出了一種制備具有能量猝滅活性且低散射的類囊體膜樣品的方法，成功捕捉了發生在超快時間尺度的微弱的激發能轉移信號，并揭示了其能量耗散過程，證明了qE的能量耗散途徑從綠藻到陸生植物具有進化保守性，對理解自然界植物中普遍存在的光保護物理分子機制具有重要意義。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-48789-x