研究为叶绿体蛋白质输入系统提供了重要见解

《细胞》杂志发表的两项研究揭示了叶绿体蛋白质输入系统的组装、功能和进化多样性。叶绿体是植物细胞中的基本细胞器，是维持地球上生命的主要光合作用场所。虽然叶绿体有自己的基因组，但它们的大多数蛋白质都是在细胞核中编码的，并在细胞质中合成为前体蛋白质。这些前体蛋白质随后被运输到叶绿体的外壳和内膜上。

转运子机制，称为TOC(外叶绿体膜转运子)和TIC(内叶绿体膜转运子)复合物，为前蛋白质转运提供了途径，而该过程需要来自ATP水解的能量。

人们认为ATPase导入马达提供来自基质侧的拉力，以驱动前体蛋白的转运，这对于叶绿体的发育和生物合成至关重要。尽管叶绿体导入马达起着重要作用，但其分子组成和作用方式仍不清楚。

近日，西湖大学甄彦实验室在《细胞》杂志上发表了题为《陆生植物叶绿体蛋白输入的结构洞察》的研究，研究人员从拟南芥中纯化了天然的Ycf2-FtsHi复合物和TIC复合物，并确定了它们的高分辨率低温电子显微镜结构。

他们还以中等分辨率测定了从豌豆中分离的转运中间超复合物的低温电子显微镜结构。总之，这些结构为这两个复合物之间的合作提供了有力的证据，并为了解陆生植物叶绿体前蛋白的转运机制提供了有价值的视角。

在同一期Cell杂志上，甄彦实验室还发表了相关研究，题为《绿藻中Ycf2-FtsHi叶绿体蛋白导入马达的保守性和特化》。

研究人员从衣藻中分离出天然的Ycf2-FtsHi复合物，并确定了其在apo和ATP/AMPPNP结合状态下的高分辨率低温电子显微镜结构。这些结构为了解绿藻中Ycf2-FtsHi复合物的组成和组装提供了详细的见解。

通过将这些发现与陆地植物的Ycf2-FtsHi复合物的发现进行比较，该研究进一步阐明了Ycf2-FtsHi复合物在进化过程中跨物种的保守性和特化性。

两篇文章有助于全面认识叶绿体蛋白导入Ycf2-FtsHi复合物的保守性、多样性、进化和工作模式，掌握叶绿体蛋白导入系统的结构和机制，就如同获得了打开叶绿体大门的钥匙。

这一突破可能使人类能够调节叶绿体门的效率，使其更快地通过，或者调整其结构，只允许特定的蛋白质通过，从而优化光合作用。

这反过来又可以大幅提高单位面积粮食作物的产量，大幅提升植物的碳封存能力，有助于应对粮食短缺的挑战，加速实现碳中和目标，为地球的可持续未来铺平道路。

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