中国科学院生物物理研究所朱平研究员团队与华中师范大学绿色农药全国重点实验室杨光富教授团队利用生物化学、结构生物学以及计算模拟等多种手段，系统阐明了水稻（Oryza sativa）中茄尼基焦磷酸合酶（SPS）的催化机制及其与原纤维蛋白-5（FBN5）相互作用的分子机制，为理解质体醌生物合成的调控机制提供了科学依据。相关论文1月5日发表于《自然-植物》。

SPS是光合作用电子载体质体醌生物合成途径中的关键酶，也是近年来新发现的一种除草剂作用靶标。有研究表明，FBN5可能通过调控SPS的酶催化活性参与质体醌的生物合成。然而，FBN5与SPS的相互作用及其调控SPS催化活性的分子机制尚不清楚。

研究团队提出了OsFBN5诱导OsSPS3从交替催化转变为同步催化的分子模型，并通过设计OsSPS3异源二聚体，验证了OsFBN5能够通过结合作用，诱导原本非活性的亚基构象发生转变，使其转化为活性状态，从而实现二聚体中两个催化中心的同步催化。这一机制不仅解释了OsFBN5对OsSPS3功能的调控方式，也为OsFBN5能显著提升整体催化效率提供了直接的实验证据，为深入理解光合作用相关酶的催化机制及其相关的分子育种提供了重要的科学依据。

基于解析的高分辨率结构，研究团队通过虚拟筛选发现临床用于治疗骨质疏松的药物唑来膦酸（ZOL）可以有效结合在SPS催化反应中心口袋，并通过体外酶活实验、晶体结构解析等揭示了ZOL作为竞争型抑制剂的结合模式。温室除草活性筛选表明，ZOL表现出广谱高效除草活性，可作为除草剂先导化合物供进一步研究。该工作为创制新型SPS除草剂奠定了坚实基础。

该工作得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、博士后创新人才支持计划项目的支持。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41477-025-02184-6