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近日，中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心團隊，解析了C4植物光合碳濃縮系統(tǒng)葉綠體膜四碳二羧酸轉(zhuǎn)運蛋白DiT1/2的高分辨率三維結(jié)構，闡釋了其底物選擇性識別和轉(zhuǎn)運的分子機制與進化歷程，為理解C4光合作用提供了分子見解。C4植物擁有高效的CO2濃縮機制（CCM），細胞特異性表達的二羧酸轉(zhuǎn)運蛋白DiT1/2是C4植物CCM功能實現(xiàn)的關鍵。當前，DiT蛋白如何選擇性識別底物，以及如何實現(xiàn)Na+非依賴性跨葉綠體膜轉(zhuǎn)運，仍是待解的科學問題。研究團隊對多種植物來源的DiT蛋白進行異源表達嘗試，發(fā)現(xiàn)擬南芥來源的DiT蛋白（AtDiT）在異源表達體系方面表現(xiàn)更優(yōu)。研究利用冷凍電鏡技術，解析了AtDiT1與AtDiT2.1分別結(jié)合不同底物以及處于不同構象的三維結(jié)構，揭示了決定底物選擇性的分子基礎。研究進一步發(fā)現(xiàn)，植物DiT蛋白利用兩個保守的正電荷氨基酸，在空間和靜電作用上模擬動物同源蛋白中Na+離子的功能，穩(wěn)定底物結(jié)合口袋，實現(xiàn)了不依賴Na+的電梯式轉(zhuǎn)運機制。在追溯DiT蛋白的進化軌跡時，研究發(fā)現(xiàn)了一個與植物登陸過程密切關聯(lián)的氨基酸替換，該替換增強了DiT1對草酰乙酸的結(jié)合能力。DiT1作為葉綠體“蘋果酸閥”的核心組分，負責在高光脅迫下導出還原力以緩解光抑制。該功能強化或為早期植物適應陸地更強光照環(huán)境提供適應性優(yōu)勢。這一研究深化了關于C4光合核心元件的認知，為未來通過合成生物學手段在C3作物中設計C4光合碳濃縮模塊，提供了直接的理論指導和潛在的蛋白工程改造靶點。相關研究成果在線發(fā)表在《植物細胞》（The Plant Cell）上。研究工作得到國家自然科學基金和中國科學院相關項目等的支持。論文鏈接DiT蛋白參與的植物生理過程及其轉(zhuǎn)運底物