模式植物拟南芥。课题组供图

本报讯（记者温才妃 通讯员刘逸飞）近日，西湖大学、西湖实验室特聘研究员闫浈团队在《细胞》上连续发表两篇论文，揭示了叶绿体蛋白转运的动力机制及其进化多样性。

研究团队揭示了一种被称为“马达”的蛋白复合体，该复合体能够驱动叶绿体蛋白穿过叶绿体的“大门”，即TOC-TIC复合物。这一发现解答了长期困扰科学界的难题。闫浈表示：“如果能够精细调控叶绿体门控，我们有望显著提高粮食作物的单位面积产量，并增强植物的固碳能力。这对于应对全球气候变化和粮食安全问题至关重要。”

叶绿体是植物细胞中进行光合作用的主要场所，每年通过光合作用合成的有机物量相当于人类年消耗量的10倍。为了完成这些复杂的化学反应，叶绿体需要从细胞质中吸收大量蛋白质。这些蛋白质在细胞质中合成后，需要借助特殊的转运机制才能进入叶绿体内部。

此前，虽然科学家已经知道叶绿体表面存在一个由TOC-TIC复合物组成的“大门”，但对于驱动蛋白质穿越这扇门的动力来源一直不清楚。2022年，该团队揭示了TOC-TIC复合物的精细结构，现在他们又成功确定了提供动力的“马达”身份。

为了确定“马达”的身份，研究团队首先在豌豆中构建了一个叶绿体蛋白转运实验系统，试图捕捉转运过程的中间状态。接着，他们利用冷冻电镜技术解析了这一超级复合物的结构，尽管分辨率有限，但初步推测“马达”的候选者是Ycf2-FtsHi复合体。

为了验证这一假设，研究团队通过基因编辑技术在Ycf2-FtsHi复合体的关键组分上添加标签，成功从拟南芥中纯化出这一复合体，并解析了其高分辨率结构。随后，他们将这一结构与之前获得的模糊图像进行比对，发现二者惊人吻合，从而证实了Ycf2-FtsHi复合体正是叶绿体蛋白转运的“马达”。

研究团队还进一步探索了“马达”在不同光合生物中的进化多样性。结果发现，Ycf2-FtsHi复合体在绿色植物谱系中高度保守，但在不同物种中存在一定差异性。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.08.003