An ancient light-harvesting protein is critical for the regulation of algal photosynthesis

莱茵衣藻 光合作用 衣原体 光系统II 藻类 叶绿素 生物 绿藻 真核生物 植物 光系统I 光系统 光合效率 突变体 叶绿素a 生物物理学 叶绿体 生物化学 基因 基因组
作者
Graham Peers,Thuy B. Truong,Elisabeth Ostendorf,Andreas Büsch,Doreen Elrad,Arthur Grossman,Michael Hippler,Krishna Niyogi
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:462 (7272): 518-521 被引量:626
标识
DOI:10.1038/nature08587
摘要

Light is necessary for photosynthesis, but its absorption by pigment molecules such as chlorophyll can cause severe oxidative damage and result in cell death. The excess absorption of light energy by photosynthetic pigments has led to the evolution of protective mechanisms that operate on the timescale of seconds to minutes and involve feedback-regulated de-excitation of chlorophyll molecules in photosystem II (qE). Despite the significant contribution of eukaryotic algae to global primary production, little is known about their qE mechanism, in contrast to that in flowering plants. Here we show that a qE-deficient mutant of the unicellular green alga Chlamydomonas reinhardtii, npq4, lacks two of the three genes encoding LHCSR (formerly called LI818). This protein is an ancient member of the light-harvesting complex superfamily, and orthologues are found throughout photosynthetic eukaryote taxa, except in red algae and vascular plants. The qE capacity of Chlamydomonas is dependent on environmental conditions and is inducible by growth under high light conditions. We show that the fitness of the npq4 mutant in a shifting light environment is reduced compared to wild-type cells, demonstrating that LHCSR is required for survival in a dynamic light environment. Thus, these data indicate that plants and algae use different proteins to dissipate harmful excess light energy and protect the photosynthetic apparatus from damage.
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