硅藻是一类重要的放氧光合生物，每年贡献约40%的海洋初级生产力，在全球生态食物链和碳循环中发挥重要作用。硅藻的主要捕光天线蛋白是岩藻黄质-叶绿素a/c结合蛋白（FCP），其结合丰富的岩藻黄质，可以吸收蓝绿光；此外岩藻黄质可作为重要的光保护色素，在强光下耗散叶绿素中过剩的激发能，因此硅藻可以很好地适应从深海到海面的快速光变化。此前的研究表明FCP主要以单体、二聚体和四聚体等形式存在于硅藻的光合膜上，但这些聚集态的捕光和光保护功能差异以及其中的分子机制尚不清楚。
中国科学院植物研究所田利金研究组利用时间分辨荧光和瞬态吸收光谱等技术对海洋中心纲硅藻纤细角毛藻（Chaetoceros gracilis）中共存的两种天线复合体（FCP-B/C二聚体和FCP-A四聚体）进行了功能表征。研究人员从硅藻中分离纯化出FCP-A四聚体和FCP-B/C二聚体，利用吸收光谱和稳态荧光光谱发现两种复合体的光谱性质差异较大，证实了两种天线蛋白的功能大不相同。时间分辨荧光光谱的表征和数据分析发现FCP-B/C二聚体仅具有一个较长的荧光寿命（3.8 ns），处于光捕获态；而FCP-A四聚体的荧光衰减显著快于FCP-B/C二聚体，除了纳秒级（4.0 ns）的长寿命组分外，还具有两个较短的荧光寿命组分（76 ps、385 ps），该结果说明部分FCP-A蛋白处于猝灭态。由此可知，FCP-B/C二聚体仅处于光能捕获态，而FCP-A四聚体则体现出状态间的差异，具有捕光和热耗散的双重功能。为进一步揭示FCP-A四聚体发生能量猝灭的物理机制，研究人员测量了两种复合体的超快瞬态吸收光谱。通过数据处理和建模分析发现大约40%的FCP-A四聚体可以将吸收的光能几乎全部转化成热量，同时指出这一高效能量猝灭机制是通过从Chl a Qy到岩藻黄素S1/ICT态的超快激发能转移实现的。研究不仅揭示了FCP二聚体和四聚体之间的蛋白功能的差异，而且阐明由叶绿素a到类胡萝卜素的激发能转移的能量耗散机制在多种光合生物中具有高度保守性。
该研究成果于8月30日在线发表于国际学术期刊The Journal of Physical Chemistry Letters。植物所博士研究生郑梦圆和周萃萃为该论文的共同第一作者，田利金研究员和王文达研究员为共同通讯作者，匡廷云院士等参与了该项工作。研究得到了国家重点研发计划、中国科学院青年创新促进会、中国科学院跨学科创新团队以及国家自然科学基金的资助支持。
文章链接：
https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.3c01633
（光合实验室供稿）
硅藻纤细角毛藻FCP-A四聚体的能量耗散模型
