莱茵衣藻索罗金小球藻蛋白核的分子组织结构

为克服 Rubisco 的酶学局限性，藻类运行 CO2 浓缩机制（CCMs），将高浓度 CO2 输送至紧密包装在一种称为蛋白核（pyrenoid）的特化微区室中的 Rubisco。蛋白核是具有全球重要性的生物分子凝聚体，但其趋同进化意味着无法跨类群推断其分子组成及涌现结构。在此，我们表征了绿藻纲（Trebouxiophyceae）藻类索罗金小球藻（Chlorella sorokiniana）的蛋白核。利用冷冻电子断层成像，我们提供了蛋白核的结构总览，并可视化了蛋白核特异性的蛋白质复合物。定量蛋白质组学以及 Rubisco 免疫共沉淀结合质谱分析表明，无机碳输送机制在绿藻中是保守的，但蛋白核的结构组分并非如此。体外重构支持了两种此前未描述蛋白的作用：其一参与穿越蛋白核的类囊体的组装（推定的基质-类囊体锚定蛋白，putative matrix thylakoid tether，PMTT）；其二参与将淀粉锚定至 Rubisco 基质（推定的基质-淀粉锚定蛋白，putative matrix starch tether，PMST）。在本氏烟草（Nicotiana benthamiana）中，PMTT 定位于类囊体基质片层，而 PMST 定位于叶绿体淀粉颗粒。我们的研究结果揭示了蛋白核组装的分子逻辑、蛋白质如何介导凝聚体-膜和凝聚体-淀粉相互作用，并拓展了蛋白核植物工程工具箱，为将小球藻蛋白核工程导入植物奠定了基础。

为克服Rubisco的酶学局限性，藻类运行CO2浓缩机制（CCM），将高浓度CO2输送至紧密封装于一种称为蛋白核的特化微区室中的Rubisco。蛋白核是具有全球重要性的生物分子凝聚体，但其趋同进化意味着无法跨类群推断其分子组成及涌现结构。在此，我们表征了Trebouxiophyceae纲藻类索罗金小球藻（Chlorella sorokiniana）的蛋白核。利用冷冻电子断层成像，我们提供了蛋白核的结构总览，并可视化了蛋白核特异性蛋白复合物。定量蛋白质组学以及Rubisco共免疫沉淀结合质谱分析表明，无机碳输送机制在绿藻中是保守的，但蛋白核的结构组分并非如此。体外重构支持了两种此前未被描述蛋白的作用，其中一种参与组装穿越蛋白核的类囊体（推定的基质类囊体锚定蛋白，PMTT），另一种则介导淀粉与Rubisco基质的锚定（推定的基质淀粉锚定蛋白，PMST）。在本氏烟草（Nicotiana benthamiana）中，PMTT定位于类囊体基质片层，而PMST定位于叶绿体淀粉颗粒。我们的研究结果揭示了蛋白核组装的分子逻辑、蛋白质如何介导凝聚体—膜及凝聚体—淀粉相互作用，并扩展了蛋白核植物工程工具箱，为将小球藻蛋白核导入植物奠定了基础。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.17.739135v1?rss=1

🏷️ 蛋白核 CO2浓缩机制 冷冻电子断层成像 定量蛋白质组学 RuBisCO 绿藻