张立新/徐秀美团队揭示LTD调控捕光色素蛋白复合物生成与组装的分子机制

光合复合物的正确生成与组装是实现光合作用能量高效传递和转化的前提。捕光色素蛋白复合物（LHC）是光合膜蛋白中最丰富的色素蛋白复合物，是光能吸收与传递的载体，在激发能分配和光保护等过程也发挥重要作用。LHC由捕光叶绿素a/b结合蛋白（LHCP）、叶绿素以及类胡萝卜素等组成，其中LHCP蛋白由核基因编码，在细胞质中合成后，通过叶绿体内、外被膜转运进叶绿体，继而穿过叶绿体基质运输到类囊体膜。LHCP的生成调控过程非常复杂且充满挑战，尤为重要的是LHCP是与色素结合的膜蛋白，而游离的叶绿素及其前体容易造成光氧化损伤，那么色素在叶绿体什么部位以什么方式与LHCP结合？LHCP的生物发生与色素生物合成是如何紧密协调的？这些都是长期以来尚未解决的科学难题。

近日，河南大学张立新/徐秀美团队在国际权威植物学期刊The Plant Cell在线发表了题为LTD coordinates chlorophyll biosynthesis and LIGHT-HARVESTING CHLOROPHYLL A/B-BINDING PROTEIN transport的研究论文，阐明了LTD偶联叶绿素合成与LHCP蛋白转运的分子机制，为深入理解光合膜色素蛋白的生成机理提供了新的切入点。

团队前期鉴定到一个LHCP蛋白转运因子LTD (LHCP translocation defect)。作为LHCP转运的关键分选因子，LTD将LHCP蛋白从叶绿体被膜转运至基质cpSRP分选途径并最终靶定到类囊体膜（Ouyang et al., 2011）。进一步研究发现ltd突变体中叶绿素合成中间产物MgPME大量累积，暗示LTD参与叶绿素合成过程。研究表明，LTD与叶绿素合成酶CHLM和CHL27存在相互作用并有助于维持它们的蛋白稳定性和酶活性。LTD晶体结构结合分子对接结果显示LTD不仅结合LHCP，还结合CHLM的产物—叶绿素合成中间体MgPME，并将MgPME从CHLM引导至CHL27。新合成的叶绿素在整合到类囊体膜的过程中与LHCP结合，进而组装成LHC复合物。另外，研究发现结合了LHCP的LTD蛋白能够更有效地促进叶绿素合成。因此，LTD不仅作为LHCP蛋白转运分选因子发挥作用，而且在LHCP转运的同时调节叶绿素合成，确保有足够的叶绿素与LHCP组装，同时控制游离叶绿素及其前体的含量，实现LHCP转运和叶绿素合成的紧密偶联，从而促进LHC复合物生成。

已毕业博士荣立伟、在读博士生安俊航和陈歆悦为共同第一作者，徐秀美教授为通讯作者。河南大学张立新教授、汪欣教授和胡筑兵教授、德国柏林洪堡大学Bernhard Grimm教授、华中农业大学欧阳敏教授、香港大学王鹏教授和上海交通大学陈光玉教授也为本研究提供了宝贵支持和悉心指导。本研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、河南省科技厅等项目支持。

原文链接：https://doi.org/10.1093/plcell/koaf068