2020年3月12日，河南大學生命科學學院/作物逆境適應與改良國家重點實驗室張立新教授課題組及合作者在光合作用研究領域取得重要進展，在國際上首次提出並闡明了相分離驅動葉綠體內蛋白分選的新機制，推動了蛋白轉運機理的進一步深入，揭示了相分離的重要生理意義，而且對於探討葉綠體的生物發生、光合器官的建成和功能調節以及真核生物的起源和進化等都具有重要的意義。
該研究成果以"Liquid-liquid phase transition drives intra-chloroplast cargo sorting"為題，以全文形式在《Cell》雜誌在線發表（DOI: 10.1016/j.cell.2020.02.045）。張立新教授為本文通訊作者，河南大學是通訊作者單位。
STTs介導的相分離驅動葉綠體內蛋白分選光合作用是地球上最大規模地利用太陽能，把二氧化碳和水合成為有機物，並放出氧氣的過程。葉綠體是植物光合作用場所。葉綠體是由光合細菌共生演變而來的，在光合作用及其他多種重要生理過程中發揮著關鍵性的作用。葉綠體具有半自主性，95%葉綠體蛋白是由核基因編碼的，在胞質中合成為前體後，通過葉綠體外被膜和內被膜上的轉運通道將蛋白質轉入葉綠體的不同區域才能使葉綠體行使光合功能。然而一直以來，科學家們對於核編碼葉綠體蛋白在跨過葉綠體被膜之後如何被分選、穿過擁擠的基質空間、並精確地靶定到特異性類囊體膜複合物的分子機制依然不清楚。
該研究發現了位於葉綠體基質的關鍵蛋白轉運分選因子STT1與STT2，闡明了雙精氨酸依賴轉運途徑的底物識別、分選以及轉運靶定到雙精氨酸依賴轉運途徑的分子機制。STT1與STT2蛋白都包含N端的IDR (intrinsically disordered region) 結構域與C端的ankyrin repeat結構域。STT1與STT2能夠依賴於ankyrin repeat結構域的相互作用形成一個橢圓球狀異源二聚體結構，而STT1與STT2的IDR區域分別含有保守的WEEPD基序與LVP-W基序，負責識別底物信號肽的雙精氨酸(RR)基序與疏水結構域（H domain）。研究表明底物結合後會激活STT複合物進一步組裝相分離形成濃縮的液滴。STT-底物相分離液滴協助底物穿過葉綠體基質從而靶定到類囊體膜。而Hcf106能夠抑制STT的相分離從而釋放底物，完成底物的正確運輸與裝配。這種方式可能既能確保底物摺疊，同時保持底物信號肽的活性便於被下遊Tatc/Hcf106通道識別。阻礙STT-Hcf106結合會阻斷Tat底物的運輸，影響植物光合作用從而導致植物致死的表型。該研究首次發現了相分離調控葉綠體蛋白轉運，從而調控葉綠體生成和光合作用。該研究揭示了調節細胞器生物發生蛋白轉運相分離的保守機制，為研究細胞如何精確調控生理過程拓展了新思路。
該研究工作受到國家自然科學基金委、科技部、河南大學等項目的資助。2019年，作物逆境適應與改良國家重點實驗室獲批，人才培養多措並舉、成效顯著，河南大學生命科學學院科研成果產出碩果纍纍，植物學和動物學ESI指數不斷攀升，師資結構持續優化，"引育並舉"引進國內外優秀人才，國際交流合作賡續拓展，社會影響和國際聲譽日益彰顯，生源質量大幅提升，依託專業服務社會特色鮮明，創新文化不斷凝練傳承，學院各項事業呈現出了蓬勃發展的良好態勢。
延伸閱讀：
張立新，男，博士生導師，教授，河南大學"傑出人才特區支持計劃"第二層次特聘教授，現任河南大學生命科學學院院長。1992年畢業於四川大學，獲理學學士學位，1997年畢業於蘭州大學，獲理學博士學位，同年進入芬蘭圖爾庫大學從事博士後研究。2000年-2018年，先後在中科院寒區旱區環境與工程研究所、蘭州大學和中科院植物研究所從事光合作用研究工作，2010年-2018年任中科院植物所副所長。2007年獲國家傑出青年科學基金資助。中國青年科技獎獲得者，茅以升科學技術獎-北京青年科技獎獲得者。主持多項國家級重點科技項目，其中國家重點基礎研究發展計劃（973）2項（首席科學家），國家自然科學基金重點項目2項，國家自然科學基金國際合作項目1項。在Annual Review of Plant Biology, Nature Plants, Nature Communications, PNAS, Plant Cell等專業頂級期刊發表論文40餘篇。現任國際光合作用協會執委會委員，植物學會常務理事。Photosynthesis Research副主編，Advance in Photosynthesis and Respiration, Molecular Plant、Biochim Biophys Acta Bioenergitcs等刊物編委。研究方向：光合作用功能調控機理:包括葉綠體基因表達調控、光合膜複合物組裝、葉綠體信號轉導、光合作用環境調節等。
原素材來源：河南大學官網