好氧不产氧光能异养细菌（Aerobic Anoxygenic Phototrophs, AAPB）是一类能够在有氧条件下进行不产氧光合作用的特殊微生物类群，该类群通过整合光反应中心与好氧呼吸链，实现了光能与化学能的双重利用。这种“混合营养”代谢策略，不仅代表了大氧化事件后微生物应对生境氧化还原环境剧烈波动的适应性进化，更暗示了早期光合作用系统从厌氧到好氧环境的功能跃迁路径。然而，人们对于AAPB如何实现光能高效捕集与能量转化等仍知之甚少。
2025年3月20日，国际权威学术期刊Advanced Science在线发表了浙江大学生命科学学院陈景华研究员与合作者完成的题为“Cryo-EM Analysis of a Tri-Heme Cytochrome-Associated RC-LH1 Complex from the Marine Photoheterotrophic Bacterium Dinoroseobacter Shibae”的研究论文。该工作解析了海洋AAPB代表性菌株Dinoroseobacter Shibae的光系统反应中心-捕光天线（RC-LH1）复合体三种状态冷冻电镜结构，揭示了复合体高效的能量吸收和电子传递机制，为阐明该类细菌在海洋透光层的环境适应过程提供了重要分子基础。
研究发现，Dinoroseobacter Shibae RC-LH1复合体的整体结构与紫色非硫细菌Blastochloris viridis RC-LH1相似，包含一个四聚体核心（L/M/H/C）以及由17对捕光蛋白亚基LHαβ二聚体构成的闭合捕光环（图1）。不过，该结构与已报道的其他RC-LH1存在显著差异。例如，细胞色素亚基仅含有三个血红素结合位点，缺失了在其他RC-LH1复合体中保守结合的远端血红素分子；反应中心与捕光环之间通过一个新鉴定的蛋白亚基protein-O连接；LH环的类胡萝卜素/细菌叶绿素比例达2:1，高密度的类胡萝卜素有效增强了反应中心的捕光和抗氧化功能；同时，生化实验表明，Dinoroseobacter Shibae RC-LH1复合体的热稳定性表现出显著的离子强度依赖性。
图1 海洋光异养细菌光系统RC-LH1复合体的冷冻电镜结构
基于AlphaFold3预测的结构模型，课题组提出了Dinoroseobacter Shibae RC-LH1复合体的完整电子传递路径，即周质可溶电子载体通过与细胞色素亚基近膜平面结构域结合，进而将电子快速传递至核心特殊叶绿素分子对。同时，研究团队确定了复合体内醌分子的扩散通道，即醌/氢醌通过LH环特殊位点上疏松结合的类胡萝卜素形成的孔隙“进出”LH环，并经过细胞色素亚基的N端跨膜螺旋与新发现亚基Protein-O 的N端跨膜结构域形成的扩散空腔到达QB位点（图2）。
图2 Dinoroseobacter Shibae RC-LH1复合体醌/氢醌扩散通道
总之，该项工作填补了海洋AAPB光系统结构研究的空白，为理解海洋AAPB的光能利用机制和水平基因转移（HGT）理论提供了关键的分子基础，进一步揭示了原核光系统复合体的进化多样性及独特性（图3），为认识光合作用从简单厌氧环境向复杂有氧环境过渡的进化过程提供了关键线索。
图3 不同RC-LH1中电子传递链构成及进化关系分析
浙江大学生命科学学院陈景华特聘研究员、厦门大学海洋与地球科学学院郑强教授和浙江大学医学院张兴教授为论文通讯作者，浙江大学微生物所博士生王卫卫、厦门大学刘燕婷博士和浙江大学微生物所博士生顾嘉怡为论文共同第一作者。浙江大学微生物所高海春教授、厦门大学焦念志院士、日本冈山大学沈建仁教授、加拿大不列颠哥伦比亚大学John Thomas Beatty教授、捷克国家科学院Michal Koblížek教授对本工作提出了宝贵建议和帮助，浙江大学医学院马骋博士、博士生安韶雅提供了重要技术支持。本工作由国家自然科学基金和浙江省自然科学基金等项目资助，冷冻电镜样品制备与数据收集均在浙江大学冷冻电镜中心完成，蛋白纯化依托浙江大学医学院蛋白质平台，质谱鉴定依托浙江大学农生环测试中心。
