Les diatomées sont un groupe de phytoplancton largement répandu dans l'hydrosphère et même dans les sols humides. Ils jouent un rôle important dans les cycles mondiaux carbone-oxygène et fournissent des produits et des biomasses précieux. Les cellules de diatomées sont brunes en raison de la présence de chlorophylles spéciales (Chl), Chl c, ainsi que les caroténoïdes fucoxanthines et diadinoxanthines.

Différent de ceux des algues vertes et des plantes supérieures, le photosystème I (PSI) de la diatomée lie un grand nombre de protéines de liaison fucoxanthine-chlorophylle a/c I (FCPI) en tant qu'antennes périphériques pour récolter plus de lumière bleu-vert sous l'eau.

Une équipe de recherche de l'Institut de botanique de l'Académie chinoise des sciences a résolu la structure d'un supercomplexe PSI-FCPI à partir d'une diatomée marine centrée Chaetoceros gracilis.

Dans cette étude, la protéine PSI-FCPI a été extraite et purifiée des membranes thylakoïdes du chloroplaste de diatomée. Ensuite, sa structure a été résolue par cryo-microscopie électronique à particule unique, qui a montré que le PSI-FCPI est un monomère composé d'un centre réactionnel et de 24 FCPI l'entourant. Il s'agit du plus grand PSI monomère associé au plus grand nombre d'antennes de collecte de lumière trouvées à ce jour.

Par rapport aux algues rouges, la diatomée PSI a perdu PsaK et PsaO dans le complexe central, mais a deux nouvelles sous-unités, PsaR et PsaS. PsaR est impliqué dans la stabilisation de l'antenne FCPI périphérique et le transfert d'énergie des sous-unités FCPI vers le noyau PSI, alors que la fonction de PsaS est inconnue.

Les 24 sous-unités FCPI existent toutes en monomères, et sont répartis en trois couches entourant le noyau PSI. La première couche est un anneau fermé composé de 11 sous-unités FCPI entourant le noyau PSI, alors que la seconde est un semi-anneau composé de 10 sous-unités FCPI et que la troisième couche est composée de seulement 3 sous-unités FCPI et située d'un côté du noyau.

La structure entière du supercomplexe PSI-FCPI contient 326 Chls a, 34 Chs c, 102 fucoxanthines, 35 diadinoxanthines, 18 β-carotènes et certains cofacteurs de transfert d'électrons. Le grand nombre de pigments constituent un ensemble unique, vaste réseau assurant une récupération efficace de l'énergie, transfert et dissipation.

Ces résultats fournissent une base structurelle solide pour démêler les mécanismes de récupération de l'énergie lumineuse, transfert et trempe dans la diatomée PSI-FCPI, et aussi des indices importants sur les changements évolutifs du PSI-LHCI.

Cette étude, intitulé "Base structurelle du transfert d'énergie dans un supercomplexe de diatomées PSI-FCPI, " a été publié dans Communication Nature le 8 octobre, 2020.