强光辐射极易造成光系统 II 结构破损与光合系统氧化损伤，是户外开放式光生物反应器培养、露天盐碱滩藻体规模化培植过程中难以规避的核心难题，多数商用小球藻品系面对强光胁迫会出现光合效率骤降、生长速率下滑、菌体凋亡等问题，大幅拉高户外养殖的运维管控成本，挖掘天然具备强光耐受特性的藻株及其内部保护机制，是优化藻种抗逆性能、降低微藻规模化露天培育门槛的重要路径。
Chlorella ohadii 作为生长速率顶尖的绿藻资源，原生环境为光照强度极强的荒漠区域，演化出了迥异于常规藻类的光保护模式，该藻并不依靠 LhcSR、PsbS 蛋白系统以及蛋白磷酸化途径完成 PSII 的强光防护，其独有的抗压分子机制一直没有清晰的结构学解释，也限制了该优良藻株性状向工业藻种的移植应用。
本次研究借助冷冻电镜技术解析出该藻 PSII 超分子复合物分辨率可达 2.9 埃的精细空间结构，从分子层面厘清了其抵御极端强光的内在构造基础。结构数据证实，该藻特有的 PsbO 异构蛋白，搭配 PsbR、PsbY 两个附加亚基，依靠大面积分子相互作用力加固 PSII 核心骨架结构，从本源提升复合体的结构稳固程度；
与此同时，依附在 PSII 核心外侧的 LHCII 三聚体具备动态调控特征，强光环境下对应捕光蛋白表达量下降，直接减少与核心绑定的 LHCII 数量，以此降低过剩光能的输入，缓解光氧化压力。研究同时证实类囊体膜内高浓度富集的多胺物质，和上述 PSII 结构修饰形成协同防护体系，双重保障光合核心装置在高强度日照环境下不会失活分解，支撑藻株在荒漠极端光照环境下稳定增殖。
这项高分辨率结构解析成果完整阐明了 Chlorella ohadii 非经典的 PSII 光保护通路，填补了超速生长耐强光藻种的分子结构研究空白，整套结构靶点与调控模式可为人工改造现有生产用小球藻、优化 PSII 结构稳定性提供精准的改造位点，依靠基因编辑复刻这套天然抗强光系统，能够培育适配露天开放式大面积培养的高抗逆工程藻株，摆脱现有藻种必须搭建遮光、调光配套设备的生产束缚，缩减光生物反应器的配套硬件投入与日常能耗支出，提升高温强光地域微藻量产的稳定性与总产量，为微藻露天低成本工业化养殖体系升级提供扎实的结构生物学理论与改造依据。
原文链接：Cryo-EM structure of photosystem II supercomplex from a green microalga with extreme phototolerance