新研究揭示蓝藻如何进化其光合作用机制

导读：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作用生物--蓝藻--是如何进化它们的光合作用机制并组织它们的光合作用膜结构以有效地捕获太阳光和能量转导的。

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作用生物--蓝藻--是如何进化它们的光合作用机制并组织它们的光合作用膜结构以有效地捕获太阳光和能量转导的。

由植物、藻类和蓝藻进行的含氧光合作用，为地球上的生命生产能量和氧气，可以说是最重要的生物过程。蓝藻是最早的能进行含氧光合作用的光合生物之一，对地球的大气和初级生产做出了重大贡献。

依赖于光的光合作用反应是由一组光合作用复合物和分子容纳在专门的细胞膜（称为类囊体膜）中进行的。虽然一些研究报告了光合作用复合物的结构以及它们如何进行光合作用，但研究人员对原生的类囊体膜是如何构建并进一步发展成为蓝藻细胞中的一个功能实体仍然了解甚少。

由利物浦大学系统、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技术来描述类囊体膜的逐步成熟过程。他们的成果发表在《自然通讯》杂志上。

刘鲁宁教授说：“我们对这些发现感到非常兴奋。我们的研究画出了一幅关于光合生物如何产生然后发展其光合膜的图画，以及不同的光合成分如何被纳入并位于类囊体膜中以进行高效的光合作用--这是这个领域中长期存在的问题。”

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围细胞膜（称为质膜）和预先存在的类囊体膜层之间。通过检测类囊体膜发育过程中的蛋白质组成和光合作用活动，我们还发现光合作用蛋白质在空间和时间上都得到了很好的控制，可以进化并组装成类囊体。”

新研究表明，蓝藻的系统膜是一个真正的动态生物系统，可以在细菌生长过程中迅速适应环境变化。在类囊体膜中，光合蛋白可以从一个位置扩散到另一个位置，并形成功能性的“蛋白岛”，共同发挥高光合效率。

刘教授补充说：“由于蓝藻进行类似植物的光合作用，从蓝藻的类囊体上获得的知识可以扩展到植物的类囊体上。了解自然光合机制是如何在光合作用中进化和调节的，对于调整和提高光合作用性能至关重要。这为在气候变化和人口增长的情况下，可持续地提高作物植物的光合作用和产量提供了解决方案。我们的研究也可能有利于生物启发设计和生成人工光合作用装置，以实现高效的电子传输和生物能源生产。”