甲藻是海洋生态系统中最重要的初级生产者之一，也是引发有害赤潮及产生海洋毒素的主要类群，对海洋生态系统、人类健康及经济发展产生重大影响。其中虫黄藻（Symbiodinium）与珊瑚虫互惠共生，在维持珊瑚礁生态平衡过程中发挥重要作用。

珊瑚虫与虫黄藻互惠共生（PNAS封面）。虫黄藻的光系统I -叶绿素a/c-多甲藻素蛋白复合物捕获光能并产生电子，通过光合作用满足自身生长的同时可以为珊瑚虫（每个白色团簇为一个珊瑚虫）宿主提供能量

甲藻在进化、细胞生物学和基因组学上都拥有非常“不寻常”的特征，会进化出不同于其他藻类和植物的光系统与捕光天线，并结合了叶绿素c和多甲藻黄素等类胡萝卜素，既保证了宽幅捕获蓝绿光、高效传能和光电转换等反应过程，也可以快速调控光保护和电子传递以适应复杂变化的海洋光环境，而相关光合膜蛋白的精确结构和调控机制此前未见报道。

国家植物园（南园）光合膜蛋白结构生物学研究组利用生理生化和单颗粒冷冻电镜技术研究了赤潮甲藻—强壮前沟藻（Amphidinium carterae）和共生甲藻—虫黄藻的光系统I（PSI）-叶绿素（Chls）a/c-多甲藻素捕光天线（PSI-AcpPCI）超级复合物的结构特征和捕光机制，发现甲藻PSI-AcpPCI超复合物在亚基组成、蛋白二级结构、色素排布方面表现出显著的独特性。与其他真核光合生物相比，两种甲藻的PSI核心PsaA/B亚基明显变小，缺少了20多个色素结合位点；而其他PsaD/F/I/J/L/M/R等亚基扩大，并发展出一些新的色素位点，部分弥补了PsaA/B亚基在结构与色素上的变化。

甲藻光系统I 核心亚基的组装模式及其重要亚基的结构演化

灰色显示PSI核心蛋白的保守二级结构，彩色表明甲藻进化出新的蛋白片段

这些变化可能由甲藻进化过程中经历的多次内共生和叶绿体基因组变化导致。甲藻的捕光天线蛋白AcpPCI为适应PSI核心亚基结构的变化而产生了一些新的loop结构和色素位点，从而保证了充分的光能捕获和顺畅传能，也进一步形成了与其他光合生物截然不同的蛋白组装模式和能量传递网络。该研究为深入理解海洋赤潮甲藻和共生甲藻的光适应机制提供了结构与功能基础，也为探索持续演化的光合生物，以及人工设计新的自养生物底盘提供了线索，具有重要生态价值和科学意义。

该研究成果作为封面文章在国际学术期刊PNAS发表。国家植物园（南园）助理研究员李笑一，博士研究生李振华和国家蛋白质中心工程师王芳芳为论文共同第一作者，国家植物园（南园）王文达研究员为论文通讯作者，匡廷云院士、韩广业研究员和于龙江研究员等参与了该研究。研究得到了国家重点研发计划、国家优秀青年科学基金、中国科学院青促会和基础研究领域青年团队计划等项目资助。