光合作用相關酶的催化機制再獲新進展

中國科學院生物物理研究所朱平研究員團隊與華中師范大學綠色農藥全國重點實驗室楊光富教授團隊利用生物化學、結構生物學以及計算模擬等多種手段，系統闡明了水稻（Oryza sativa）中茄尼基焦磷酸合酶（SPS）的催化機制及其與原纖維蛋白-5（FBN5）相互作用的分子機制，為理解質體醌生物合成的調控機制提供了科學依據。相關論文1月5日發表于《自然-植物》。

SPS是光合作用電子載體質體醌生物合成途徑中的關鍵酶，也是近年來新發現的一種除草劑作用靶標。有研究表明，FBN5可能通過調控SPS的酶催化活性參與質體醌的生物合成。然而，FBN5與SPS的相互作用及其調控SPS催化活性的分子機制尚不清楚。

研究團隊提出了OsFBN5誘導OsSPS3從交替催化轉變為同步催化的分子模型，并通過設計OsSPS3異源二聚體，驗證了OsFBN5能夠通過結合作用，誘導原本非活性的亞基構象發生轉變，使其轉化為活性狀態，從而實現二聚體中兩個催化中心的同步催化。這一機制不僅解釋了OsFBN5對OsSPS3功能的調控方式，也為OsFBN5能顯著提升整體催化效率提供了直接的實驗證據，為深入理解光合作用相關酶的催化機制及其相關的分子育種提供了重要的科學依據。

基于解析的高分辨率結構，研究團隊通過虛擬篩選發現臨床用于治療骨質疏松的藥物唑來膦酸（ZOL）可以有效結合在SPS催化反應中心口袋，并通過體外酶活實驗、晶體結構解析等揭示了ZOL作為競爭型抑制劑的結合模式。溫室除草活性篩選表明，ZOL表現出廣譜高效除草活性，可作為除草劑先導化合物供進一步研究。該工作為創制新型SPS除草劑奠定了堅實基礎。

該工作得到了國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金項目、博士后創新人才支持計劃項目的支持。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41477-025-02184-6