Cell | 重磅！德国马普生化所研究揭示植物如何强化其采光膜以应对环境胁迫！

植物、藻类和蓝细菌进行光合作用，利用太阳光的能量产生氧气和生化能量，为地球上大多数生命提供动力（PNAS | 德国马普所研究揭示微生物和太阳能可以生产比植物多10倍的食物！）。它们还从大气中吸附二氧化碳，抵消了这种温室气体的积累。然而，气候变化使光合生物面临越来越大的环境胁迫，这抑制了它们的生长，从长远来看，危及到人类的粮食供应。

光合作用重要的第一步是在类囊体膜内进行的，类囊体膜含有收集太阳光的蛋白质复合物。几十年来，人们已经知道蛋白质VIPP1（质体中的囊泡诱导蛋白）在几乎所有的光合作用生物中都是形成类囊体膜的关键，从陆地上的植物到海洋中的藻类和蓝细菌。然而，VIPP1如何执行这一重要功能一直是个谜。

在最新一期的国际顶级学术期刊Cell上发表了由来自德国马克斯-普朗克生物化学研究所Benjamin Engel领导国际研究团队的最新相关研究成果，题为Structural basis for VIPP1 oligomerization and maintenance of thylakoid membrane integrity的研究论文。该研究使用了大量的技术，涵盖了许多新的领域，汇集了来自凯泽斯劳滕工业大学Michael Schroda、马尔堡大学Jan Schuller等研究单位的科学家，以分子细节揭示了VIPP1的结构和机制。

研究人员使用低温电子显微镜生成了VIPP1的第一个高分辨率结构。将这一结构分析与功能检测相结合，揭示了VIPP1是如何组装成一个交织的膜衣，塑造出类囊体膜。该研究团队还使用低温电子断层扫描的前沿方法，对藻类细胞原生环境中的VIPP1膜衣进行了成像。通过利用结构信息对VIPP1进行特定突变，研究人员观察到VIPP1与类囊体膜的相互作用对于在高光照胁迫下保持这些膜的结构完整性至关重要。该研究表明VIPP1如何在类囊体生物生成和类囊体适应环境变化中发挥核心作用。

这项研究为从机制上理解类囊体的生物生成和维护奠定了基础。它还为更能抵抗极端环境条件的植物工程提供了新的机会。对控制类囊体膜重塑的分子机制的深入了解是开发作物的重要一步，这些作物不仅生长速度快，产量高，对环境胁迫有抵抗力，而且还能吸收更多大气中的二氧化碳以应对气候变化。

图1.VIPP1单体交织弯曲形成篮状环结构

图2.在三个VIPP1单体之间的界面上形成核苷酸结合位点

图3.H1螺旋柱在VIPP1环的管腔面上形成大的疏水表面

图4.VIPP1的脂质相互作用在高光照胁迫下维持了类囊体的结构

图5.通过原位低温ET观察到的原生集胞藻细胞内的假定synVIPP1结构

图6.衣藻类细胞中crVIPP1-mCherry的低温相对光和EM（cryo-CLEM）

图7.VIPP1环极化组装的假设模型

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