光合作用是绿色植物、藻类和光合细菌将光能转化为化学能的重要过程，通过驱动二氧化碳和水的同化反应合成有机物并释放氧气。这一过程不仅是生物圈能量流动的核心环节，更是维持地球生态平衡的关键。光系统I（PSI）作为光合电子传递链的核心复合体，在光能捕获、传递和转化中发挥关键作用。

8月8日，国际知名学术期刊《整合植物生物学杂志》（Journal of Integrative Plant Biology）在线发表了首都师范大学生命科学学院潘晓伟团队与中国科学院生物物理研究所李梅课题组合作的研究成果，该研究利用单颗粒冷冻电镜技术，首次解析了小型黄丝藻（ Tribonema minus ）光系统I-捕光复合体（TmPSI-XLH）2.82 Å分辨率的三维结构。

小型黄丝藻是黄藻纲的代表物种，起源于红藻二次内共生事件，具有极强的环境适应性和高脂质积累特性，是生物能源开发的理想藻种。该研究揭示了小型黄丝藻光系统I复合体包含12个核心亚基和13个外周捕光蛋白，并结合有若干色素分子。核心亚基中有8个为类囊体跨膜蛋白，4个位于类囊体基质侧。13个捕光蛋白呈双层排布：11个紧密环绕PSI核心构成内层天线，2个结合在外周扩展光捕获能力。这一结构特征为理解黄丝藻高效的光能利用机制提供了重要线索。

图1  小型黄丝藻光系统I-捕光复合体（TmPSI-XLH）整体结构。A, 类囊体腔侧观察（省略膜外亚基PsaC/D/E/S）；B，沿着膜平面观察。

研究团队通过精确测定色素分子的空间排布，构建了复合体内部的能量传递网络，并计算了关键位点间的传递效率。跨物种比较分析发现，黄丝藻光系统I既保留了红藻的原始特征，又进化出与硅藻相似的适应机制，成为研究光合系统进化的重要中间样本。基于结构解析结果，作者系统描绘了红色谱系光合生物光系统I从简单原核形态到复杂真核结构的多阶段进化路径（图2）。

图2 红色谱系藻类光系统I的进化组装过程。

该研究首次阐明了黄藻光系统I超大复合体的组装原理和能量传递机制，为理解光合系统的进化多样性提供了新视角。此外，研究成果也对改造产油微藻、提高生物燃料生产效率具有重要的应用价值。

潘晓伟和李梅为论文共同通讯作者。首都师范大学博士后邵瑞琪和已毕业硕士研究生邹雨琪为共同第一作者。该研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。

论文链接： Shao, R., Zou, Y., Shang, H., Qiu, Y., Liang, Z., Su, X., Zhang, S.,Li, M., and Pan, X. (2025). Architecture of photosystemI–light‐harvesting complex from the eukaryotic filamentous yellow‐green alga Tribonema minus. J. Integr. Plant Biol. https://doi.org/10.1111jipb.70010