5月18日，國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設(shè)施電鏡分析系統(tǒng)用戶中國(guó)科學(xué)院生物物理所柳振峰研究組、章新政研究組與常文瑞/李梅研究組在《自然》（Nature）期刊在線發(fā)表長(zhǎng)篇主題論文。該研究通過(guò)單顆粒冷凍電鏡技術(shù)，在3.2埃分辨率下解析了高等植物（菠菜）光系統(tǒng)II-捕光復(fù)合物II超級(jí)膜蛋白復(fù)合體（PSII-LHCII supercomplex）的三維結(jié)構(gòu)。

光合作用為地球上幾乎所有生命體提供賴以生存的物質(zhì)和能量，基于結(jié)構(gòu)的光合作用機(jī)理研究不僅具有重要的理論意義，同時(shí)也將為解決能源、糧食、環(huán)境等問(wèn)題提供具有啟示性的方案。植物光合作用的原初反應(yīng)是從光系統(tǒng)II開始的，該復(fù)合物中包含了天線系統(tǒng)、反應(yīng)中心系統(tǒng)以及一個(gè)能在常溫常壓下裂解水釋放氧氣的放氧中心。解析植物光系統(tǒng)II神秘而復(fù)雜的精細(xì)結(jié)構(gòu)將有助于理解該超分子機(jī)器的工作原理，也是結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究領(lǐng)域中多年來(lái)一直追求的熱點(diǎn)和難點(diǎn)課題，并且是光合作用研究領(lǐng)域中眾所期盼的一個(gè)超大膜蛋白-色素復(fù)合體三維結(jié)構(gòu)。

該研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)聯(lián)合三個(gè)課題組的優(yōu)勢(shì)科研力量并發(fā)揮各自的特長(zhǎng)，團(tuán)結(jié)奮戰(zhàn)，通過(guò)單顆粒冷凍電子顯微鏡技術(shù)，首次揭示了菠菜PSII-LHCII超級(jí)復(fù)合物的總體結(jié)構(gòu)特征和各亞基的排布規(guī)律。研究結(jié)果解析了菠菜PSII核心復(fù)合物與其外周的主要捕光復(fù)合物L(fēng)HCII三聚體，次要捕光復(fù)合物CP29和CP26之間相互裝配和識(shí)別的機(jī)制和位點(diǎn)。并且，在對(duì)菠菜PSII-LHCII超級(jí)復(fù)合物內(nèi)部高度復(fù)雜的色素網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了LHCII、CP29以及CP26向核心天線復(fù)合物CP43或CP47傳遞能量的途徑。同時(shí)，還對(duì)于在光保護(hù)過(guò)程中發(fā)揮作用的潛在能量淬滅位點(diǎn)進(jìn)行了定位。研究結(jié)果對(duì)于進(jìn)一步在分子水平理解PSII-LHCII超級(jí)復(fù)合物中的能量傳遞時(shí)間動(dòng)力學(xué)和光保護(hù)機(jī)理具有重要意義。

在該項(xiàng)研究中，上海設(shè)施電鏡分析系統(tǒng)為其提供了充足的機(jī)時(shí)支持和技術(shù)支撐。由于PSII-LHCII樣品制備難度大，好的樣品難以重復(fù)，且其中一個(gè)朝向的顆粒襯度差，需要做大量的前期樣品篩選工作。電鏡分析系統(tǒng)在樣品篩選和前期數(shù)據(jù)收集過(guò)程中起到重要的作用，該研究團(tuán)隊(duì)在設(shè)施的電鏡上篩選了約20個(gè)PSII-LHCII樣品，并且收集到了約3500張電鏡照片，對(duì)于優(yōu)化樣品和提高分辨率增強(qiáng)了信心，為進(jìn)一步的突破奠定了基礎(chǔ)。

電鏡分析系統(tǒng)自開放運(yùn)行以來(lái)，累計(jì)服務(wù)用戶課題超過(guò)160個(gè)，為多項(xiàng)國(guó)家科技戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)、973和863項(xiàng)目等提供科研保障和技術(shù)支撐。截至2016年5月，蛋白質(zhì)設(shè)施用戶已經(jīng)在Nature、Nature子刊、PNAS等國(guó)際著名期刊上發(fā)表了超過(guò)7篇文章，為各領(lǐng)域科學(xué)研究起到重要的推動(dòng)作用。電鏡分析系統(tǒng)現(xiàn)在正全面開放運(yùn)行。