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Hirschfeldia incana 的基因组序列，一种提高光合作用利用效率的十字花科新模型
光合作用是维持植物和人类生命的关键过程。提高农作物的光合能力是增加其产量的一种有吸引力的方法。虽然光合作用的核心机制在 C3 植物中高度保守，但这些机制非常灵活，允许光合特性存在相当大的多样性。这种多样性之一是在高辐照度下保持较高的光合光能利用效率，正如在少数特殊的 C3 物种中发现的那样。十字花科的一种植物 Hirschfeldia incana 就是这样一种特殊的物种，由于它易于生长，因此是研究这种性状的遗传和生理基础的绝佳模型。在这里，我们展示了 H. incana 的参考基因组，并证实了其较高的光合光能利用效率。尽管 H. incana 是十字花科中迄今为止光合速率最高的，但与其密切相关的 Brassica rapa 和 Brassica nigra 的光饱和同化率也很高。H. incana 基因组已通过大规模染色体重排、物种特异性转座子活性和重复基因的差异保留与 B. rapa 和 B. nigra 基因组广泛分化。H. incana 、B. rapa 和 B. nigra 中参与光合作用和/或光保护的重复基因在拷贝数和基因表达之间表现出正相关，这为这些物种高光合效率的潜在机制提供了线索。我们的研究表明，H. incana 基因组是研究高光合光能利用效率的进化和提高作物物种光合速率的宝贵资源。
迈向光合色素 - 蛋白质复合物中激素耦合的定量描述：量子化学驱动的多尺度方法
对于由多个铬孔组成的分子系统，可以计算激发态，例如，使用多方面配置相互作用（MRCI）10或时间依赖性密度功能理论（TDDFT）。11然而，此类计算的成本随系统大小陡峭。这种蛮力方法的替代方法是使用简化的模型在高水平上计算单个发色团以及它们之间的相互作用。12,13个发色团可以在基于片段的方法中作为片段处理，其中一些含量为14-22，其中一些激子耦合23,24和DeLacalized激发25可以计算。激发耦合负责能量转移，而激发态的离域将光学过渡能的转移以及在分子聚集体上光谱中测得的振荡器强度的重新分布。
光合作用系统I能量传递复杂网络对目标节点攻击和随机节点失效的鲁棒性
在本文中，我们对豌豆植物（Pisum sativum）的光系统 I (PSI) 复杂网络实施并比较了文献中的 10 种节点移除（攻击）策略，代表了其节点/发色团之间的 FRET 能量转移。我们用四个指标来衡量网络稳健性（功能）。节点攻击策略和网络稳健性指标同时考虑了网络的二元拓扑和加权结构。首先，我们发现众所周知的节点中介中心性攻击在 PSI 网络上无效，这种攻击已被证明可有效拆除大多数现实世界网络的拓扑连通性。其次，PSI 较高的网络连接水平导致节点属性的退化，即使根据特定的节点中心性度量移除节点，也会导致类似随机的节点移除。即使受到节点攻击，这种现象也会导致 PSI 网络功能的下降非常小。这种结果表明，基于经典节点属性（例如度或中介中心性）的节点攻击策略在拆除具有非常高连接水平的现实世界网络时可能效率低下。最后，可以通过调整截止距离 (CD) 来构建 PSI 网络，该距离定义节点/发色团之间的可行能量传输，并逐步丢弃远距离节点/发色团之间的较低能量传输链接。这代表了一种“权重阈值”程序，使我们能够在从 PSI 中逐步修剪较低权重的链接时调查节点攻击策略的有效性
整合生理相关的光合能流入光驱动代谢的整个基因组模型
（未通过同行评审认证）是作者/资助者。保留所有权利。未经许可就不允许重复使用。此预印本版的版权持有人于2021年11月4日发布。 https://doi.org/10.1101/2021.11.11.04.467239 doi：Biorxiv Preprint
利用光合微生物进行合成生物学
图 2 用于对光合微生物进行遗传工程改造的常见遗传转化技术示意图。 (A) 对于绿藻 (衣藻) 和真气藻 (微绿球藻)：电穿孔和基因枪轰击可用于衣藻和微绿球藻的叶绿体靶向转化，而电穿孔或用玻璃珠涡旋可用于修饰衣藻的核基因组。细菌接合或农杆菌介导的转移也可用于将 DNA 引入这些细胞。 (B) 对于蓝藻：自然转化或接合可用于转移 DNA 以整合到染色体中或作为复制质粒。质粒也可以通过电穿孔转移。 (C) 对于硅藻：电穿孔和细菌接合是可用于将 DNA 引入硅藻的技术的例子。也可以使用农杆菌介导的转移或基因枪轰击
使用量子计算机
光合作用本质上是一个至关重要且普遍存在的复杂物理过程，在某些生物（例如植物和细菌）中，太阳的辐射覆盖了，并转化为生存所需的必要碳水化合物[29，35]。从物理和化学的角度来看，这是一个复杂的过程，它通过几个阶段进行，涉及几种物理现象，即光吸收，能量传输，电荷分离，光磷酸化和二氧化碳固定[17]。在过去的40年中，人们对这种现象的理解取得了很大进步，随着许多光合型复合物的结构的物理表征[7，12，48]。对此类过程的理解将允许能源领域的许多潜在的巨大影响工业突破，从太阳能电池板的能量捕获[32]的巨大效率提高到人工轻降水设备的构建[32]。光合作用始于光子的吸收。它通过激发色素分子而发生，该分子充当蛋白质分子与光合作用仪相连的轻度收获天线。Photosynthetic色素 - 蛋白质复合物以分子电子激发的形式将吸收的阳光能量转移到反应中心，在那里电荷分离引发了一系列的生化过程[35]。这项工作集中在光合作用的第一个阶段，更确切地说，吸收的辐射从天线传输到反应中心，该中心以所谓的激子能量转移（EET）的形式进行，如图1所示。
光合微生物的色素 - 蛋白质复合物的结构和功能
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