央廣網(wǎng)合肥7月30日消息（記者鮑玉嬋）2026年7月29日，安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院朱家鵬教授聯(lián)合中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)張凱教授課題組、李姣特任副研究員、阿姆斯特丹自由大學(xué)Roberta Croce教授、Eduard Elias博士在《Nature》上在線發(fā)表了題為“In situ structures of plant photosystem supercomplexes”的研究論文。

該成果是團(tuán)隊(duì)繼2024年利用原位技術(shù)解析線粒體呼吸鏈超級復(fù)合體（Nature,2024）之后的又一重要突破，有力驗(yàn)證了“在天然細(xì)胞器環(huán)境中直接成像膜蛋白原位結(jié)構(gòu)”這一技術(shù)范式的廣泛適用性。在水稻葉綠體天然膜環(huán)境中，利用原位冷凍電鏡單顆粒分析技術(shù)，解析了光系統(tǒng)I（PSI）、光系統(tǒng)II（PSII）超分子復(fù)合體的高階組裝結(jié)構(gòu)。

光合作用是地球初級生產(chǎn)力的基石，類囊體膜上的PSI和PSII負(fù)責(zé)光能的捕獲、傳遞與轉(zhuǎn)化。長期以來，國際學(xué)界對上述超復(fù)合物的結(jié)構(gòu)解析完全依賴體外蛋白純化樣本。然而，純化過程不可避免地破壞膜蛋白的天然脂質(zhì)環(huán)境，尤其容易丟失生理狀態(tài)下那些微弱卻至關(guān)重要的蛋白質(zhì)間瞬時(shí)或弱相互作用，同時(shí)可能誘發(fā)柔性區(qū)域的構(gòu)象改變，導(dǎo)致純化樣品的捕光天線規(guī)模、色素配比及能量傳遞動(dòng)力學(xué)特征均與體內(nèi)真實(shí)狀態(tài)產(chǎn)生顯著偏差。這種體外結(jié)構(gòu)與體內(nèi)生理證據(jù)之間的矛盾，已成為制約光合作用分子機(jī)制認(rèn)知的關(guān)鍵瓶頸。

區(qū)別于傳統(tǒng)提純路線，本研究最大的創(chuàng)新在于不經(jīng)過任何蛋白分離步驟，直接在完整的葉綠體類囊體膜上開展原位成像。研究團(tuán)隊(duì)借助冷凍電鏡對水稻葉綠體進(jìn)行直接觀測，成功捕捉到光系統(tǒng)復(fù)合物在天然堆積環(huán)境中的真實(shí)組裝形式與空間分布，揭示了其超分子高階結(jié)構(gòu)對類囊體膜區(qū)域化構(gòu)建及光能高效轉(zhuǎn)化的支撐作用。更為重要的是，原位數(shù)據(jù)清晰顯示，天然狀態(tài)下PSI和PSII的捕光天線尺寸和色素?cái)?shù)量均顯著大于過往純化樣本的報(bào)道值，直接證實(shí)了純化操作會(huì)系統(tǒng)性縮減天線規(guī)�！�—這一發(fā)現(xiàn)為長久以來體外結(jié)構(gòu)與體內(nèi)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)不匹配的問題提供了直接結(jié)構(gòu)證據(jù)。

該成果不僅糾正了基于純化樣本的認(rèn)知偏差，更充分證明了原位冷凍電鏡成像技術(shù)在膜蛋白結(jié)構(gòu)研究中的普適優(yōu)勢：它能夠在不擾動(dòng)細(xì)胞器微環(huán)境的條件下，忠實(shí)記錄分子間原有的弱相互作用網(wǎng)絡(luò)，從而揭示更貼近生理真實(shí)的分子機(jī)制。研究結(jié)果為深入理解光合作用調(diào)控機(jī)理提供了全新視角，也為作物光能利用效率的遺傳改良和精準(zhǔn)育種奠定了重要的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

本研究由安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、阿姆斯特丹自由大學(xué)（Vrije Universiteit Amsterdam）聯(lián)合完成，安醫(yī)大一附院朱家鵬教授為本文末位通訊作者。該研究得到了安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)等基金支持。