大陸中科院植物所研究員張立新攜手8家單位展開「光合作用分子機制與作物高光效品種選育」工作,利用晶體結構解析以及冷凍電鏡技術,研究團隊透過對最原始的光合生物藍藻、紅藻、矽藻到高等植物的光合膜超分子複合物精細結構解析,探索光合作用體系高效吸能、傳能的分子機理,發現藍細菌中獨特的四聚體PSI複合物的結構、葉綠素C和岩藻黃素捕獲藍綠光並高效傳遞能量的結構基礎,進一步發現光合作用光反應的原理。

光合作用是地球上最重要的化學反應,是人類食物和能源的主要來源,也是農作物產量形成的基礎,張立新表示,對光合作用分子原理進行研究,目的在於挖掘作物光能利用潛力,為農作物改良提供理論性的指導和技術途徑。

透過5年的研究,張立新與研究團隊發現藍細菌中獨特的四聚體PSI複合物的結構,PSI寡聚化在環式電子傳遞和類囊體膜重排過程中光系統I複合物的重要功能,以及葉綠素C和岩藻黃素捕獲藍綠光並高效傳遞能量的結構基礎,進一步了解光合作用光反應,並拓展捕光截面和高效捕獲傳遞光能機理,為矽藻超強的光保護機制提供了堅實的結構依據。

這些成果讓人們對光合作用高效吸能、傳能和轉能的原理有更深入的認識,張立新說,對這些基因資源的挖掘,有助於深入了解植物葉綠體的生物發生原理,以及葉綠體響應外界環境變化維持高光效原理。

張立新表示,隨著遺傳學、分子生物學、基因組學、蛋白組學和代謝組學等相關技術在光合作用研究領域的運用,光合作用的許多生理生化過程已經從分子水平得到更多的認識,正孕育著一系列重大突破,提高作物光合作用效率能有效保障糧食安全,促進農業發展以及維持人類糧食來源穩定。

(旺報)

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