光合生物中点位依赖性的光能量调控机制

光合作用效率依赖于光系统II（PhotosystemII；PSII）和光系统I（PhotosystemI；PSI）之间的激发平衡。然而，由于自然光谱的不均匀性和实时变化，PSII和PSI间的激发平衡时常被扰乱。一种被称为状态转换(State Transition；ST) 的光能量调节机制被发展，该机制通过光捕获复合物 II (Light Harvesting ComplexesII；LHCII) 的移动来调节PSs间的激发。通常，LHCII与PSII结合时被称为ST1（State1）；当PSII被过度激发时，一种名为Stt7的酶促使LHCII发生磷酸化之后与PSI结合，该状态被称ST2(State2)。ST机制虽然已经被研究了很多年，然而，单细胞中ST的活性是否存在差异尚未知晓。另外，在ST机制发生时一些研究观察到叶绿体的类囊体结构的变化。因此，许多研究者假设类囊体膜的动态转换与ST机制相关，但有力的证据是缺少的。

封面图片：自主开发的高速激发光谱显微镜的部分光路图。

2022年9月6日，PNAS在线发表了来自日本东北大学叶深团队题为State Transition Is Quiet Around Pyrenoid and LHCII Phosphorylation Is Not Essential for Thylakoid Deformation in Chlamydomonas 137c的研究论文 (2022年第37期封面论文)。该团队利用模型单细胞生物-衣藻Chlamydomonas向上述的两个问题发起挑战。研究团队联合了两种先进的显微镜技术来研究ST机制，即最近自主开发的高速激发光谱显微镜（ExcitationSpectralMicroscope; ESM）和基于结构照明显微镜（Structural IlluminationMicroscope; SIM）的超分辨率成像技术。ESM的结果发现了之前未被报道过的细胞内ST点位依赖性; SIM的结果揭示LHCII磷酸化与类囊体结构变化是独立的。这些新发现将开启单细胞水平ST机制研究的新思路。