发现最耐光的光合生物对极端光照的抗性机制

虽然光是光合作用的驱动力，但过多的光可能是有害的。限制光合作用的一个主要过程是光抑制，即光诱导的光损伤过程。当吸收的光超过光合电子流和其他过程所耗散的量时，就会形成破坏性的自由基，主要使光系统II (PSII)失活。为了保持完整的光合活性，受损的PSII必须被新修复的复合体所取代。

2021年3月17日，以色列科学家在the Plant Journal 发表了题为The desert green algae Chlorella ohadii thrives at excessively high light intensities by exceptionally enhancing the mechanisms that protect photosynthesis from photoinhibition的研究工作，揭示了一种最耐光的光合生物的耐光抑制的分子机制。

限制光合作用的一个主要过程是光抑制，即光诱导的光损伤过程。当吸收的光超过光合电子流和其他过程所耗散的量时，就会形成破坏性的自由基，主要使光系统II(PSII)失活。为了保持完整的光合活性，受损的PSII必须被新修复的复合体所取代。

小球藻(Chlorella ohadii)是一种非常独特的单细胞绿藻,它具有极高的光耐受性,可以在高光强下保持较高的光合作用和生长速率，是研究光抑制作用分子机制的理想模型。

本研究，比较了小球藻在低光（LL）和超高光（HL）强度下生长，在LL和HL两种条件下，细胞生长迅速，表现出相同的传代时间。进一步分析了类囊体，发现这种藻类使用了所有三种已知的光抑制保护机制：1）大量减少PSII天线的尺寸; 2）保护性类胡萝卜素的积累；3）对光损伤反应中心蛋白的快速修复。

尽管PSII天线大小的波动是植物和藻类适应不同光强的一种有充分证据的机制，但小球藻通过减少几乎所有三聚体LHCII的数量将其发挥到了极致(图)。通过这种方式，PSII的比活性增加，最重要的是，PSII内产生的有害ROS较少。然而，HL中外周LHCII的消除是一个长期的过程，在荒漠土壤结皮的独特的日循环中波动。这一适应过程可能是细胞核和叶绿体基因组对基因表达调控发生重大变化的结果，并可能由叶绿体和细胞核之间的逆行信号促进。另外两个PI保护过程，类胡萝卜素的积累和叶黄素保护循环的激活，以及PSII修复循环的广泛操作，以比其他植物和藻类更快的速度取代反应中心蛋白，可以在短时间尺度上发生，从而促进PSII对HL的快速响应。