蓝藻类囊体膜的插图。 图片来源：Luning Liu 等。
利物浦大学的研究人员进行的一项新研究揭示了古老的光合生物——蓝藻——如何进化它们的光合机制并组织它们的光合膜结构，以有效地捕获太阳光和能量转换。
由植物、藻类和蓝藻进行的含氧光合作用为地球上的生命提供能量和氧气，可以说是最重要的生物过程。 蓝藻是最早可以进行含氧光合作用并对地球大气和初级生产做出重大贡献的光合生物之一。
依赖于光的光合反应由一组容纳在称为类囊体膜的特殊细胞膜中的光合复合物和分子进行。 虽然一些研究报告了光合复合物的结构以及它们如何进行光合作用，但研究人员仍然对天然类囊体膜如何构建和进一步发展成为蓝藻细胞中的功能实体知之甚少。
由大学系统、分子和综合生物学研究所的刘鲁宁教授领导的研究小组开发了一种方法来控制细胞生长过程中类囊体膜的形成，并使用最先进的蛋白质组学和显微成像来表征类囊体膜的形成。类囊体膜的逐步成熟过程。 他们的结果发表在期刊上 自然传播。
“我们对这些发现感到非常兴奋，”刘教授说。 “我们的研究描绘了关于光合生物如何产生然后发展它们的光合膜，以及不同的光合成分如何结合并位于类囊体膜中以进行有效光合作用的图景——这是该领域一个长期存在的问题。”
该研究的第一作者 Tuomas Huokko 博士说：“我们发现新合成的类囊体膜出现在外周细胞膜（称为质膜）和预先存在的类囊体层之间。 通过检测类囊体发育过程中的蛋白质组成和光合活性，我们还发现光合蛋白质在空间和时间上受到很好的控制，以进化并组装成类囊体膜。”
新研究表明，蓝藻类囊体膜是一个真正动态的生物系统，可以快速适应细菌生长过程中的环境变化。 在类囊体中，光合蛋白质可以从一个位置扩散到另一个位置，形成功能性“蛋白质岛”，共同发挥高光合效率。
“由于蓝藻进行类似植物的光合作用，从蓝藻类囊体膜获得的知识可以扩展到植物类囊体，”刘教授补充道。 “了解光合生物如何进化和调节自然光合机制对于调整和增强光合性能至关重要。 这提供了在气候变化和人口增长的背景下可持续提高作物光合作用和产量的解决方案。 我们的研究也可能有益于仿生设计和人工光合装置的生成，以实现高效的电子转移和生物能源生产。”
参考：“探索类囊体膜的生物发生途径和动力学”，作者：Tuomas Huokko、Tao Ni、Gregory F. Dykes、Deborah M. Simpson、Philip Brownridge、Fabian D. Conradi、Robert J. Beynon、Peter J. Nixon、Conrad W . Mullineaux、Peijun Zhang 和 Lu-Ning Liu，9 年 2021 月 XNUMX 日， 自然通讯.
DOI: 10.1038/s41467-021-23680-1
该研究是与大学蛋白质组研究中心、细胞成像中心和生物医学电子显微镜部门以及牛津大学、伦敦玛丽女王大学和伦敦帝国理工学院的研究人员合作进行的。 该研究由 BBSRC、皇家学会、Wellcome Trust 和 Leverhulme Trust 资助。
