Структура суперкомплекса фотосистемы диатомовых водорослей раскрывает пути передачи энергии и фотозащиты
Диатомовые водоросли — важная группа видов «красной линии» в океанах, производящая около 20% первичной продукции Земли. В отличие от зелёных водорослей и высших растений, фотосистемы диатомей связывают фикобилипротеины, связывающие фукоксантин-хлорофилл a/c (FCP), в качестве периферических антенн для улавливания большего количества сине-зелёного света под водой.
FCP связывают уникальные хлорофилл c, фукоксантин, диадиноксантин и диатоксантин, образуя уникальные пигментные сети для путей передачи энергии и фотозащиты. Диатомеи быстро адаптируются к колебаниям света, переключая статус своих FCP-антенн между эффективным сбором света и супернемеханическим тушением.
Учёные из Института ботаники Китайской академии наук сообщили о структурной основе, раскрывающей механизмы передачи и рассеяния энергии, а также структурное разнообразие FCP-антенн у диатомовой водоросли Thalassiosira pseudonana.
Исследование под названием «Структура суперкомплекса фотосистемы II диатомовой водоросли, содержащего представителя семейства Lhcx и димерный FCPII», было опубликовано в Science Advances 25 октября.
В этом исследовании суперкомплекс PSII-FCPII-Lhcx6_1 был экстрагирован и очищен из тилакоидных мембран хлоропласта диатомеи. Его структура была определена с помощью криоэлектронной микроскопии отдельных частиц, которая показала, что PSII-FCPII-Lhcx6_1 связывает мономерный и димерный FCPII, включая фотозащитный белок семейства Lhcx6_1.
Фотозащитный белок-антенна семейства Lhcx6_1 соединяет FCP-гомодимер со стороной CP47 ядра PSII, что позволяет предположить, что Lhcx6_1 служит мостом и косвенно передаёт энергию от периферической антенны FCPII к ядру. Внутри Lhcx6_1 формируются два пути передачи энергии: один быстро передаёт энергию через два кластера хлорофилла к ядру, а другой полагается на цикл диадиноксантин-диатоксантин для гашения избыточной энергии.
С другой стороны ядра консервативная антенна Lhca2 соединяет недавно открытый FCP-гетеродимер со стороной CP43, что участвует в сборе и передаче световой энергии.
В отличие от предыдущих биохимических и структурных анализов, PsbG не был обнаружен у диатомеи T. pseudonana, что привело к сборке различных мономерных, димерных или тетрамерных светособирающих антенн FCP на периферии PSII у разных видов диатомей.
Различные FCP-антенны у разных диатомей в сочетании с разным соотношением хлорофилла, фукоксантина и диатоксантина могут регулировать сбор света, передачу энергии и тушение энергии возбуждения, позволяя PSII-FCPII диатомей лучше справляться с океаническими условиями с высокочастотной изменчивостью освещённости.
Эти результаты обеспечивают прочную структурную основу для раскрытия механизмов сбора, передачи и гашения световой энергии в PSII-FCPII диатомей, а также демонстрируют различную структурную гетерогенность в суперкомплексе PSII.