近日，中科院凝练总结出59项“率先行动”计划第一阶段重大科技成果及标志性进展。“光合作用光系统等超大分子复合体的结构、功能与调控”名列其中。光合作用为地球上几乎所有生命提供了赖以生存的物质和能量。“生物体内的光合作用复合体就像一个个小工厂的不同功能单元，既有向外捕获光能的‘天线系统’单元，也有进行能量转化反应的‘反应中心’单元。
”中科院生物物理研究所（以下简称生物物理所）研究员柳振峰对《中国科学报》说，“解析它们的结构，就像搞清楚一个生产车间装配线上的设备和物料是怎么排列的。这对理解地球生命能量工厂的运作原理至关重要。”中科院在光合作用研究领域有数十年的积淀，近年来更是在揭示相关复杂超分子体系的精密装配、工作原理以及调控机制方面，取得了一系列重大成果。生命科学领域里，光合作用是一个长盛不衰的课题。
200余年间，国际上与光合作用相关的研究成果已经十余次问鼎诺贝尔奖。然而，关于植物光系统Ⅱ的结构生物学研究却一直相对滞后。多年来，国内外许多科研团队都在为解析其高分辨率三维结构而竞跑，但要么铩羽而归，要么迟迟难以突破。
直到2016年，生物物理所生物大分子国家重点实验室柳振峰课题组、章新政课题组和常文瑞—李梅课题组组成的联合研究团队，在国际上首次解析了菠菜光系统Ⅱ—捕光天线超级复合物的高分辨率冷冻电镜结构，揭示了捕光天线与光系统Ⅱ核心复合物之间的相互装配机制和能量传递途径。这是一个重大突破。除了我们最为熟悉的各种绿色植物外，地球上的光合生物还包括光合细菌、原核蓝细菌、真核藻类等。
不同光合生物的光系统有着不同的结构和组分。在生物物理所对菠菜等高等植物潜心钻研时，中科院植物研究所（以下简称植物所）把目光投向了藻类。植物所研究员沈建仁和中科院院士匡廷云团队，已经在光合作用研究领域耕耘了30余年，是一支“老”牌的“先”锋队。“硅藻具有特殊的捕光天线蛋白，被称为岩藻黄素叶绿素a/c结合蛋白（FCP）。
但是FCP复合体的结构长期无法被解析，很大程度上限制了在分子水平上对硅藻光合作用机理的研究。”沈建仁告诉《中国科学报》，“我们的工作第一次报道了硅藻FCP的结构。”这些成果不仅分别入选2016和2019年度的中国科学十大进展，也彰显了中国在光合作用研究领域的世界领先地位。几位研究者表示，中科院“率先行动”计划给予的稳定支持，起到了非常重要的作用。
“四类机构改革以来，依托生物物理所新成立的中科院生物大分子科教融合卓越创新中心，给我们的工作带来了很大助力。这种支持绝不仅仅体现在经费上。”李梅说，“光合作用领域是一个热闹的竞技场，国际上许多团队都在争先恐后。进入卓越创新中心后，研究所在冷冻电镜机时和设备条件保障等方面为光合作用研究的顺利开展给予倾斜支持，这对我们团队率先取得成果助益颇大。
”此外，生物物理所和植物所的两项工作还得到了中科院战略性先导科技专项的大力支持。
在“率先行动”计划的大力支持下，中科院超大分子复合体结构与功能的研究队伍，不仅在光合作用复合体中取得重大突破，还取得了包括TRIC-B通道门控机制、脂多糖跨细菌膜转运机制、卵子独特表观遗传状态建立机制、组蛋白乙酰转移酶活性的调控机制，酰基转移酶蛋白DLtB结构、分枝杆菌能量代谢系统结构等诸多重要成就。