中国大麦供需分析论文发表

2021年12月8日， Nature 杂志以长文的形式发表了浙江大学与中国科学院植物研究所联合团队的突破性研究成果— 大麦光系统I（PSI）-NDH结构 ，文章题为“ Architecture of the chloroplast PSI-NDH supercomplex in Hordeum vulgare ”。

含氧光合作用利用太阳能来驱动水的氧化和二氧化碳 (CO2) 的还原，产生氧和碳水化合物，对维持地球上几乎所有生命形式都必不可少。光反应中，光系统I(PSI)和光系统II(PSII)将光能转化为ATP和NADPH，用于在卡尔文-本森循环中固定CO2形成碳水化合物。

光反应过程中存在两种类型的光合电子传递途径：线性和环式电子传递。在线性电子传递中，PSII从水中提取的电子通过质体醌、细胞色素 b6f复合物、质体蓝素、PSI、铁氧还蛋白Fd 和 Fd-NADP+ 氧化还原酶转移到 NADP+，形成NADPH；在电子传输的同时，质子通过 Cyt b6f 复合物中的质体醌从基质转移到类囊体腔，产生跨膜质子梯度用于产生ATP。

然而，CO2的固定需要更多的ATP，这些额外的ATP是通过环式电子传递来产生。在环式电子传递中，PSI中的电子由经铁氧还蛋白Fd、质体醌、Cytb6f复合体等电子传递体返回到PSI，在不产生 NADPH 的情况下产生跨膜质子梯度用于合成更多ATP。NDH介导的PSI环式电子传递是环式电子传递主要途径之一，对维持光合固碳过程中ATP的供应及逆境条件下类囊体膜基质氧化还原状态具有重要功能。然而，目前PSI-NDH的结构及其精确调控机制仍不清楚。

本研究 首次解析了高等植物PSI-NDH复合体的高分辨结构，揭示了PSI-NDH介导的光合环式电子传递调控的结构基础 （图1）。

结果显示，PSI-NDH复合体包含2个PSI-LHCI、1个NDH及一个未知蛋白USP，共包含55个蛋白亚基、 298个叶绿素分子、67个类胡萝卜素分子和25个脂分子，总分子量约1.6 MDa。

本研究首次揭示了PSI-LHCI中特殊天线亚基Lhca5和Lhca6的精确位置和结构特点，这两个独特的LHCI亚基介导了PSI-LHCI与NDH之间的相互作用。

首次揭示了NDH亚基特有的10个高等植物叶绿体的精确位置和结构特点，这些新亚基与NDH的膜内亚基相互作用并紧密结合，对维持PSI-LHCI-NDH的结构稳定有着重要功能。

首次揭示了依赖于高等植物Lhca6和PnsB2的PSI-LHCI-NDH相互作用及复合物组装原理。

此外，由于叶绿体 NDH 复合物接受来自 Fd 的电子，NDH与两个PSI的结合会增加Fd 的数量，可能会促进电子从PSI到NDH的转移，特别是在弱光条件下，可更有效地增加电子转移。

这些结果不仅对深入理解光合环式电子传递调控的机制，对研究被子植物在进化过程中适应陆生光环境具有重要意义，而且对提高植物光能转化、二氧化碳固定效率及抗逆能力具有重要指导意义；为利用合成生物学技术构建新型高效光合膜电子传递线路，优化光合膜能量传递途径，打造高光效和高固碳光合元件和模块提供新思路；为设计高产和高抗逆性的优质作物提供了结构基础。

浙江大学基础医学院博士研究生 汤凯璐 、植物所研究员 王文达、沈亮亮 为论文共同第一作者，浙江大学基础医学院教授 张兴 和植物所研究员 沈建仁 、 韩广业 为论文共同通讯作者。中科院院士、植物所研究员 匡廷云 等参与了该研究。该研究工作得到了国家重点研发计划、中科院先导专项、中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划、中科院青促会以及中央高校校长专项等项目资助，并得到中科院植物所公共技术服务中心和浙江大学医学院冷冻电镜中心、蛋白质平台技术支持。

图文|张兴课题组

编辑|郭静娴

你好，许如根，男，1967年7月出生，汉族，江苏姜堰人，中共党员，博士，教授，博士生导师。现任中国作物学会大麦产业分会副主任、农业部大麦现代农业产业体系岗位专家、江苏啤酒大麦行业协会常务副理事长、江苏省特经特粮作物品种鉴定委员会主任，兼任农学院农业科技开发中心主任、作物遗传育种与应用生物技术系副主任、扬州大学大麦研究所所长等职务。长期从事麦类遗传育种及种子工程的教学与科研工作。现主持国家自然科学基金、国家农业科技成果转化基金、国家863计划、国家科技支撑计划、农业部948计划、国际合作、农业部行业计划、江苏省农业科技支撑计划、农业标准化等项目20多项。在《作物学报》、《中国农业科学》、《麦类作物学报》等杂志上公开发表学术论文50多篇。主持育成大麦新品种7个，获国家品种保护授权4个，制订并审定江苏地方标准13个。作为主要完成人完成的“大麦性状遗传与育种研究”获江苏省科技进步三等奖，主持完成的“大麦新品种“扬饲麦1号的选育”、“扬饲麦3号的选育”、“啤酒大麦苏农21”、“扬农啤2号的选育”等成果先后荣获扬州市科技进步二、三等奖。主持完成的“优质高产啤酒大麦新品种及其配套技术的推广与产业化”项目被江苏省委农工办、省科技厅、省财政厅、省农林厅联合表彰为2005年江苏省“送科技下乡，促农民增收”50佳短平快项目。参编全国统编教材4部，为本科生、研究生开设课程8门，获扬州大学优秀课堂教学质量二等奖2次。因工作业绩显著，曾先后被授予“江苏省青年科技创业带头人”、“扬州大学优秀青年骨干教师”、“扬州大学优秀教师”、“扬州大学优秀班主任”、“扬州大学迎评创优先进个人”等荣誉称号。2007年被江苏省人事厅列入“江苏六大人才高峰”培养计划。