编辑丨王多鱼
排版丨水成文
光合作用通过类囊体膜内光系统 I（PSI）和光系统 II（PSII）的协同作用，将光能转化为化学能，从而维持地球上的生命。尽管已获得分离光系统的结构，但它们在叶绿体中的天然组织方式仍不清楚。
2026 年 7 月 29 日，中国科学技术大学张凯课题组李姣特任副研究员（第一作者兼共同通讯作者）、张凯教授（共同通讯作者），安徽医科大学第一附属医院高新院区朱家鹏教授（最后通讯作者）等，在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为：In situ structures of plant photosystem supercomplexes 的研究论文。
研究团队利用基于细胞器水平的原位冷冻电镜单颗粒分析技术，直接对水稻完整叶绿体进行冷冻成像，在保留天然脂质与膜环境的前提下，解析了平均分辨率达 2.89 Å（核心区达 2.3 Å）的完整C₂S₂M₂L₄型 psII-LHCII 超级复合物原位结构，补齐了此前丢失的 4 个 L-LHCII 捕光天线三聚体；同时首次观察到 psII 超级复合物在膜间形成的多种高阶二聚体网络，证实其作为“物理骨架”支撑类囊体膜堆叠的全新功能。结合能量传递物理计算，该研究揭示了植物高效捕光与光保护的动态协同机制，立足细胞器原位研究，旨在构建贯通“微观分子-中观细胞器-宏观细胞”的跨层级认知桥梁。
在这项最新研究中，研究团队利用原位冷冻电镜技术，直接对水稻完整叶绿体进行成像，并确定了其天然膜环境中光系统超级复合体的结构。该研究解析了一种 C₂S₂M₂L₄ 型 PSII–捕光复合体 II（LHCII）超级复合体，其中包含四个在纯化制备中未能保留的 LHCII 捕光天线三聚体。基于该结构进行的激发能转移计算与体内测量结果高度吻合，表明其生理相关性。该研究还解析了不对称的 PSII–LHCII 二聚体（包括并排型、跨腔型和跨基质型结构），以及三聚体和四聚体的高阶组装。
基于上述观察，研究提出了 PSII 形成了一种跨腔和跨基质的“骨架”，塑造了类囊体形态并支持基粒堆叠。此外，该研究还获得了 PSI-LHCI-LHCII 和 PSI-LHCI 超级复合体的高分辨率结构。这些结构共同揭示了脂质、色素和辅因子的广泛网络，为理解植物光系统的天然构架如何支持光合作用中卓越的光子-电子效率提供了首个分子框架。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10847-3
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