光合作用是地球上最重要的生化反应，通过利用太阳光能将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气。植物叶绿体中的光系统II（PSII）对于光合作用至关重要，通过捕获光能完成水的光解和质体醌的还原。PSII是一个由多蛋白亚基和色素分子共同组成的超级大分子复合物，目前对于PSII组成及结构的了解不断深入，但其生物发生的调控机制却知之甚少。值得注意的是，D1作为PSII的光反应中心蛋白，决定了PSII的生物发生与功能维持，而不断变化的自然环境会导致D1呈现高度不稳定性。因此，植物需要有效控制D1的合成，但其精细调控机理并不清楚。

2018年6月11日，中山大学生命科学学院王宏斌教授课题组与上海师范大学彭连伟教授课题组合作在PNAS在线发表了题为 “LOW PHOTOSYNTHETIC EFFICIENCY 1 is required for light-regulated photosystem II biogenesis in Arabidopsis”的研究论文，阐释了光如何控制D1的合成并调控光系统II的生物发生。

通过系统筛查，研究人员鉴定到一个高等植物特有的PSII生物发生调控因子——LPE1（LOW PHOTOSYNTHETIC EFFICIENCY 1）。通过生理学、分子生物学、生物化学和遗传学等手段研究发现，LPE1基因突变导致PSII活性剧烈降低，PSII生物发生严重受阻；同时光PSII核心蛋白D1的合成明显受损。值得注意的是，LPE1编码一个叶绿体PPR蛋白，直接与D1编码基因psbA mRNA的5'UTR结合，从而招募核糖体并启动D1蛋白的翻译。更重要的是，LPE1同时与已知的D1翻译因子HCF173（HIGH CHLOROPHYLL FLUORESCENCE 173）互作，促使HCF173与psbA mRNA结合，协同参与调控PSII生物发生。

更有趣的是，该研究发现光可以诱导D1蛋白的表达，并且主要在翻译水平实现控制。光诱导结合实验分析发现，光可以促进LPE1与psbA mRNA的5'UTR结合。进一步研究发现，光可能通过改变叶绿体中的氧化还原状态，调节LPE1的分子内二硫键及蛋白结构，从而影响其与psbA mRNA的结合活性。该工作首次鉴定到高等植物中D1翻译调控过程中psbA mRNA的直接结合因子，揭示了PSII生物发生的光调控机制，对于理解植物光合作用与生长发育调控机理具有重要的理论价值。

Proposed working model of the roles played by LPE1 in light-regulated D1 synthesis during PSII biogenesis in higher plants.

王宏斌教授课题组的靳红磊特聘研究员、博士生符梅以及彭连伟教授课题组的博士生段志坤为共同第一作者，王宏斌教授为通讯作者。相关工作得到了国家自然科学基金委杰出青年科学基金、面上项目，以及农业部转基因专项等的资助。