山东大学发表JBC封面文章

　　

生物通报道：来自山东大学的消息，山东大学微生物技术国家重点实验室，山东大学海洋生物技术研究中心，荷兰莱顿大学的研究人员首次从纳米尺度上，直接观察到了单细胞红藻——紫球藻天然状态下藻胆体的三维形貌及其在类囊体膜上的排列格式，这对于阐明光合作用的机制、进化及其在生物医学检测中的应用具有重要的意义。这一研究结果以封面文章的形式发表在国际知名杂志《生物化学杂志》（Journal of Biological Chemistry）上。

文章的通讯作者是来自微生物技术国家重点实验室的张玉忠教授，其早年毕业于山东师范大学生物系，曾先后访问过美国威斯康星州立大学（高级访问学者），俄亥俄州立大学、UCLA、夏威夷大学、华盛顿大学西雅图分校。主要研究方向包括海洋微生物学与海洋微生物技术，深、远海微生物资源的多样性、重要的生命过程与环境响应。


多年来，国内外一直用透射电子显微镜技术研究藻胆体的结构，但透射电子显微镜观察的是样品的二维结构。张玉忠教授课题组刘鲁宁等人，利用原子力显微镜技术，首次从纳米尺度上，直接观察到了单细胞红藻——紫球藻天然状态下藻胆体的三维形貌（64×42×28nm）(长×宽×高）及其在类囊体膜上的排列格式。研究发现紫球藻藻胆体在类囊体膜上的排列格式具有多样性，更有意义的是，各种不同排列格式中，藻胆体在类囊体膜上的排列都是非常拥挤的。此外，张玉忠教授与荷兰莱顿大学Thijs J. Aartsma教授等合作，利用单分子光谱技术，发现强光下紫球藻通过藻胆体内部能量传递解偶联，来实现过多光能的耗散，避免过多光能对光系统II的伤害，根据上述研究结果，提出了红藻中新的过多能量耗散机制模型。研究成果近期发表在PLOS ONE（2008,3(9):e3134）上。


藻胆体是蓝藻（蓝细菌）和红藻光合作用的主要捕光色素蛋白复合物，由藻胆蛋白和连接蛋白组成，分布于类囊体膜的表面，负责光能的吸收，并主要传递给光系统II，实现光能向化学能的转变。藻胆蛋白和藻胆体的结构与功能的研究，对于阐明光合作用的机制、进化及其在生物医学检测中的应用具有重要的意义。

（生物通：万纹）

附：

张玉忠
博士生导师
教授
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教育背景
学习和工作经历: 1985年9月—1989年7月，山东师范大学生物系，学士学位； 1989年9月—1992年7月，南京农业大学农学系，硕士学位； 1992年9月—1995年10月，中国科学院海洋研究所，博士学位； 1995年10月—1998年6月，山东大学微生物技术国家重点实验室，博士后； 1998年6月—至今，山东大学微生物技术国家重点实验室 工作。 2005年5月—2005年9月，美国威斯康星州立大学高级访问学者；并先后访问俄亥俄州立大学、UCLA、夏威夷大学、华盛顿大学西雅图分校。 2005年10月—2005年12月，荷兰莱顿大学，高级访问学者； 2007年9月—2008年10，德国马普学会生物物理研究所，高级访问学者； 2005年至今，一直与荷兰莱顿大学、美国俄亥俄州立大学、夏威夷大学、德国马普学会生物物理研究所保持良好的合作关系。 学术兼职： 中国微生物学会海洋微生物专业委员会副主任委员、中国微生物学会农业微生物专业委员会委员。


研究方向
一、海洋微生物学与海洋微生物技术 1. 深、远海微生物资源的多样性、重要的生命过程与环境响应。 主要研究内容包括：深海、极地等极端环境下微生物资源的多样性、生命过程及其对低温、寡营养等极端环境的生态适应机制；微生物参与的深海、极地等极端环境下有机氮、有机碳的降解机制及生物地球化学循环过程；深海、极地极端微生物资源及其基因资源的开发利用。 2. 海洋蓝藻（蓝细菌）和单细胞红藻光合作用机理与调节 近来主要研究内容：蓝藻和红藻光合作用捕光复合物—藻胆蛋白、连接蛋白的结构、功能与进化；藻胆体的三维结构、藻胆蛋白与连接蛋白的相互作用及藻胆体自组装的分子机制；藻胆体¬-类囊体膜光合作用光系统的天然超分子结构，包括藻胆体在类能体膜上的二维排列、藻胆体与光系统的相互作用、能量吸收传递过程及其对光强的生态适应机制。藻类生物能源的研究与开发。 二、农业微生物学与农业微生物技术 主要研究内容：木霉属真菌与植物的相互作用，包括促进植物生长、诱导植物抗病性的机制；木霉属真菌与土壤中其它微生物的相互作用；木霉属真菌对植物土传病害的生物防治及其机制；木霉属真菌微生物技术、微生物农药、微生物肥料的研究与开发。


承担课题
近年来，主持承担国家自然科学基金、国家863计划课题、973前期专项课题、科技部国家合作重点项目、以及省部级课题等多项课题，研究经费充足。

原文摘要：

Watching the Native Supramolecular Architecture of Photosynthetic Membrane in Red Algae

The architecture of the entire photosynthetic membrane network determines, at the supramolecular level, the physiological roles of the photosynthetic protein complexes involved. So far, a precise picture of the native configuration of red algal thylakoids is still lacking. In this work, we investigated the supramolecular architectures of phycobilisomes (PBsomes) and native thylakoid membranes from the unicellular red alga Porphyridium cruentum using atomic force microscopy (AFM) and transmission electron microscopy. The topography of single PBsomes was characterized by AFM imaging on both isolated and membrane-combined PBsomes complexes. The native organization of thylakoid membranes presented variable arrangements of PBsomes on the membrane surface. It indicates that different light illuminations during growth allow diverse distribution of PBsomes upon the isolated photosynthetic membranes from P. cruentum, random arrangement or rather ordered arrays, to be observed. Furthermore, the distributions of PBsomes on the membrane surfaces are mostly crowded. This is the first investigation using AFM to visualize the native architecture of PBsomes and their crowding distribution on the thylakoid membrane from P. cruentum. Various distribution patterns of PBsomes under different light conditions indicate the photoadaptation of thylakoid membranes, probably promoting the energy-harvesting efficiency. These results provide important clues on the supramolecular architecture of red algal PBsomes and the diverse organizations of thylakoid membranes in vivo.