近日，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心團(tuán)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(yùn)蛋白DiT1/2的高分辨率三維結(jié)構(gòu)，闡釋了其底物選擇性識別和轉(zhuǎn)運(yùn)的分子機(jī)制與進(jìn)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(jī)制（CCM），細(xì)胞特異性表達(dá)的二羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白DiT1/2是C4植物CCM功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。當(dāng)前，DiT蛋白如何選擇性識別底物，以及如何實(shí)現(xiàn)Na+非依賴性跨葉綠體膜轉(zhuǎn)運(yùn)，仍是待解的科學(xué)問題。

　　研究團(tuán)隊對多種植物來源的DiT蛋白進(jìn)行異源表達(dá)嘗試，發(fā)現(xiàn)擬南芥來源的DiT蛋白（AtDiT）在異源表達(dá)體系方面表現(xiàn)更優(yōu)。研究利用冷凍電鏡技術(shù)，解析了AtDiT1與AtDiT2.1分別結(jié)合不同底物以及處于不同構(gòu)象的三維結(jié)構(gòu)，揭示了決定底物選擇性的分子基礎(chǔ)。研究進(jìn)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(shí)現(xiàn)了不依賴Na+的電梯式轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制。

　　在追溯DiT蛋白的進(jìn)化軌跡時，研究發(fā)現(xiàn)了一個與植物登陸過程密切關(guān)聯(lián)的氨基酸替換，該替換增強(qiáng)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(fù)責(zé)在高光脅迫下導(dǎo)出還原力以緩解光抑制。該功能強(qiáng)化或?yàn)樵缙谥参镞m應(yīng)陸地更強(qiáng)光照環(huán)境提供適應(yīng)性優(yōu)勢。

　　這一研究深化了關(guān)于C4光合核心元件的認(rèn)知，為未來通過合成生物學(xué)手段在C3作物中設(shè)計C4光合碳濃縮模塊，提供了直接的理論指導(dǎo)和潛在的蛋白工程改造靶點(diǎn)。

　　相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《植物細(xì)胞》（The Plant Cell）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院相關(guān)項(xiàng)目等的支持。

　　DiT蛋白參與的植物生理過程及其轉(zhuǎn)運(yùn)底物