永利皇宫手机版网址挖掘光合生物的基因资源,

2020-01-05 16:32栏目:生命科学
TAG:

张立新说:“经过 38 亿年的进化,不同的光合生物在适应环境变化过程中,进化出了非常丰富的基因资源和代谢途径,这是一个奇妙的过程,蕴含着丰富的宝藏;充分探索光合作用的奥秘,挖掘丰富的基因资源,对于理解光合作用原理并应用于生产实践有着重大的意义。”

这一突破性研究成果为揭示高等植物PSI高效吸能、传能和转能的机理奠定了坚实的结构基础,对于阐明光合作用机理具有重大的理论意义;为开辟太阳能利用、开发清洁能源、解决人类社会可持续发展所面临的能源、粮食和环境等问题都具有重大战略意义。

张立新表示,随着遗传学、分子生物学、基因组学、蛋白组学和代谢组学等相关技术在光合作用研究领域的运用,光合作用的许多生理生化过程已经从分子水平得到揭示,正孕育着一系列重大突破。提高作物光合作用效率在保障粮食安全,促进农业可持续发展上具有巨大应用前景。

5月29日,Science期刊以长文的形式并作为封面文章发表了中国科学院植物研究所沈建仁和匡廷云研究团队的突破性研究成果——高等植物光系统I光合膜蛋白超分子复合物2.8 Å的世界最高分辨率晶体结构,文章题为Structural basis for energy transfer pathways in the plant PSI-LHCI super-complex

通过五年的合作攻关,该研发团队在《自然》《科学》等国际顶级专业杂志先后发表 4 篇研究文章,最近又在光合作用高光效基础理论研究方面取得了突破进展。

专题评论链接

他们发现了蓝细菌中独特的四聚体 PSI 复合物的结构,揭示了 PSI 寡聚化在环式电子传递和类囊体膜重排过程中光系统 I 复合物的重要功能;揭示了叶绿素 C 和岩藻黄素捕获蓝绿光并高效传递能量的结构基础,为进一步揭示光合作用光反应拓展捕光截面和高效捕获传递光能机理,以及硅藻超强的光保护机制提供了坚实的结构依据。

永利皇宫手机版网址 1

研究团队还从原子水平揭示了高等植物光系统 I - 捕光天线各组分的精细分布,发现 LHCI 全新的色素网络系统和 LHCI 红叶绿素的结构,明确提出 LHCI 向核心能量传递可能的 4 条途径。

光合作用是绿色植物利用太阳能把二氧化碳和水合成有机化合物并释放出氧气的过程,是地球上最大规模的能量和物质转换过程,是几乎一切生命生存和发展的物质基础,被诺贝尔奖基金委员会评为“地球上最重要的化学反应”。光合作用是自然界光能高效转换的典范,光合作用研究的核心问题是揭示光能的高效吸收、传递和转化的微观机理。光合作用光能的吸收、传递和转化是由位于光合膜上具有一定分子排列和空间构象的色素蛋白复合物光系统II和光系统I所推动的。

这些成果为揭示光合作用高效吸能、传能和转能的机理奠定了坚实的结构基础。张立新说,这些基因资源的挖掘有助于深入了解植物叶绿体的生物发生机理,以及叶绿体响应外界环境变化维持高光效机理。

同时,Science期刊针对这一研究工作特邀该领域国际知名专家Roberta Croce教授撰写了题为A close view of photosystem I 的专题评论,对这一成果给予了高度评价。海内外媒体,新华网和美国华盛顿邮报也在第一时间对这一研究成果做了深入报道。

项目组开展了大规模水稻 C4 解剖学结构突变体筛选,以及叶脉密度变化突变体规模化筛选,获得了一批光合效率高、叶脉密度相关的水稻突变体材料,鉴定了控制叶脉密度性状基因 TWI1,揭示了其调控水稻叶脉发生与发育的机制。

文章链接

在基础理论研究的基础上,研究团队加强机理与应用相结合,着力于将光合作用基础研究成果应用到稻麦等主要农作物精准分子育种实践中。

PSI是一个具有极高效率的太阳能转化系统,其中捕光色素吸收的能量传递到反应中心发生电荷分离,几乎每一个吸收的光子都能产生一个电子。植物PSI的叶绿素含量很高,大大提高了捕光能力,同时捕光色素蛋白复合体I结合有特殊的叶绿素分子——红叶绿素,使植物PSI的捕光能力延伸到远红外光谱区,并实现激发能从低能向高能的传递。PSI具有极其快速高效的激发能传递过程,其量子转化效率几乎为100%,是自然界量子转化效率记录的保持者。因此,对高等植物PSI结构与功能的研究一直是国际上研究的热点和前瞻性课题。然而,到目前为止,PSI高效吸能、传能和转能的结构基础仍然不清楚,国际上对于高等植物PSI原子水平的高分辨率结构一直未获得解析。

版权声明:本文由永利皇宫手机版网址发布于生命科学,转载请注明出处:永利皇宫手机版网址挖掘光合生物的基因资源,