日前，中國科學院院士、中科院植物研究所研究員匡廷雲、研究員沈建仁帶領的團隊同濟南大學、清華大學的科研人員合作，揭示了假根羽藻一個重要的光合膜蛋白超級複合物——光系統I捕光複合物I（PSI-LHCI）的3.49Å解析度結構。該研究進一步完善了對光合生物進化過程中光系統結構變化趨勢的理解，為人工模擬光合作用機理、指導設計作物與提高植物的光能利用效率提供了新的理論依據和新思路。相關成果日前發表在國際學術期刊《自然-植物》。
假根羽藻是生長在潮間帶的大型綠藻，漲潮時藻體生長在以藍綠光和綠光為主的弱光環境中能夠完成吸能、傳能和轉能過程以滿足自身生長的需要，落潮時能夠適應暴露的高光強環境並進行光保護，具有獨特的光合作用特徵。
研究人員利用冷凍電鏡技術，對其PSI-LHCI結構進行了解析。研究發現，假根羽藻的PSI-LHCI具有13個核心複合物亞基、10個捕光天線複合物，是目前已報導的捕光天線數量最多PSI-LHCI結構；10個捕光天線複合物的排布呈現特殊的雙環形式，這反映了假根羽藻對較弱光環境的適應。同高等植物相比，假根羽藻的激發能傳遞速率卻更快，也證實了在陸地生存的高等植物為適應強光環境在能量傳遞速率上付出了一定的代價。
匡廷雲、沈建仁團隊長期致力於光合膜蛋白結構與功能研究，此前已解析了豌豆、紅藻等PSI超級複合物的高解析度結構。這是該團隊在 PSI 結構與功能研究領域取得的又一重大突破。《自然-植物》同期報導了中科院生物物理所科研團隊解析的另一種綠藻——衣藻的PSI-LHCI複合體結構。這彰顯了我國科學家在光合膜蛋白結構解析領域的世界領先地位。
據了解，光系統I（PSI）是一個極高效率的光能吸收和轉化系統，其量子轉化效率超過90%。因此PSI高效吸能、傳能和轉能的結構基礎受到科學家的關注。目前，原核生物藍藻、真核生物紅藻和高等植物PSI結構都已被解析，然而綠藻PSI的高解析度結構長期處於空白。