Cell：植物如何加强其光合膜，对抗环境压力

Helmholtz Zentrum领导的一项国际研究München揭示了一种构建和维持光合膜的膜重构蛋白的结构。这些基本见解为生物工程的努力奠定了基础，以加强植物抵御环境压力，帮助维持人类食物供应和应对气候变化。

植物、藻类和蓝藻细菌进行光合作用，利用阳光的能量产生氧气和生化能量，为地球上大多数生命提供动力。它们还从大气中吸收二氧化碳(CO?)，抵消这种温室气体的积累。然而，气候变化使光合生物面临越来越大的环境压力，这抑制了它们的生长，从长远来看，危及人类的粮食供应。

光合作用的第一个重要步骤是在类囊体膜内进行的，类囊体膜含有收集阳光的蛋白质复合物。几十年来，人们都知道蛋白质VIpp1(质体中的囊泡诱导蛋白)对于几乎所有光合生物——从陆地植物到海洋中的藻类和蓝藻细菌——形成类囊体膜至关重要。然而，VIpp1如何执行这一基本功能仍是一个谜。在最新一期的《细胞》(Cell)杂志上，由本·恩格尔(Ben Engel)领导的来自亥姆霍兹中心(Helmholtz Zentrum)亥姆霍兹先锋园区(Helmholtz先锋园区München)的国际研究人员联盟的一项新研究从分子层面揭示了VIpp1的结构和机制。

构建和保护光合膜

研究人员使用低温电子显微镜产生了第一个高分辨率的VIpp1结构。结合结构分析和功能分析，揭示了VIpp1是如何组装成形成类囊体膜的交织膜层的。该研究小组还使用了尖端的低温电子断层扫描方法来成像藻类细胞原生环境中的VIpp1涂层。通过利用结构信息对VIpp1进行特异性突变，研究人员观察到VIpp1与类囊体膜的相互作用对于保持这些膜在高光胁迫下的结构完整性至关重要。“我们的研究表明，VIpp1在类囊体生物发生和类囊体适应环境变化方面起着核心作用，”来自马克斯·普朗克生物化学研究所的第一作者Tilak Kumar Gupta解释说。

本研究为进一步理解类囊体的形成和维持机制奠定了基础。它也为工程工厂提供了新的机会，更能抵抗极端环境条件。“深入了解控制类囊体重构的分子机制，是开发作物的重要一步，不仅生长得更快，产量更高，对环境胁迫有更好的抵抗力，而且还能吸收更多大气中的CO2来对抗气候变化，”研究负责人本·恩格尔说。

国际研究小组的研究

这项跨学科研究汇集了来自日本冈山大学(Wataru Sakamoto)，加拿大麦吉尔大学(Mike Strauss），马普研究院等多处研究所的力量。“我们的研究覆盖了许多新的领域，使用了各种各样的技术。这多亏了我们国际联盟中研究人员的巨大集体努力，才有可能实现。“

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