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个人信息

博士生导师
研究员

Email: mrfan@cemps.ac.cn
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研究方向

植物能量代谢调控

范敏锐

个人简介

2005.9-2009.7 本科 西安交通大学生物工程系
2009.9-2016.1 博士 中科院生物物理研究所
2016.3-2022.8 博士后 美国斯坦福大学分子与细胞生理学系
2022.9至今 研究员 中科院分子植物科学卓越创新中心

研究工作

面向国家“碳中和”的大目标，同时契合本中心“十四五”规划三大主攻方向 （植物碳氮高效；作物复杂性状调控的理论基础；植物与环境互作），本研究组（植物能量代谢调控研究组）致力于提高植物（农作物）的光合作用效率，主要研究植物光合作用相关蛋白的结构与分子机制，为设计高光效的植物（农作物）奠定基础，从而一方面降低空气中CO2的浓度，另一方面增加粮食作物的产量，帮助解决全球变暖和全球粮食挑战两个重大问题。

提高植物光合作用效率的一个重要途径是对光保护过程进行改良。在野外多变的光环境中（以及干旱、高温等其他环境压力下），植物通常会吸收过多的光能（超过其光合同化CO2所需的），导致活性氧自由基的形成，引发光损伤甚至细胞死亡。为了避免光损伤，植物利用一种被称为非光化学淬灭（NPQ）的光保护机制来将光系统II（PSII）中天线复合物吸收的过量的光能以热的形式耗散掉。然而，由于NPQ的弛豫过程比较慢，当太阳光强度减弱时，PSII天线复合物并不能迅速地从淬灭态恢复到非淬灭态（或称捕光态），从而导致较低的光合作用效率和CO2同化能力。研究表明，在野外的植物冠层中，光强度是十分多变的，由于植物从光保护态恢复至捕光态的延迟所导致的光合同化CO2效率的降低达7.5-30%。另一方面，最近的两项开创性研究表明，通过加速植物从光保护过程的恢复可以将烟草和大豆的光合同化CO2效率提高15%以上。然而，虽然人们对植物光保护机制已经进行了大量的研究，目前对NPQ机理的理解还很不充分，严重阻碍了进一步改良光保护以提高植物光合作用效率。本研究组的目标是解析植物光保护中关键蛋白的结构和作用机制，进而解决光合作用领域内的两个基本问题：（1）NPQ的分子机制是什么？（2）NPQ是如何被调控的？

主要成果

    1. Fan, M.#, Zhang, J.#, Lee, C.-L.#, Zhang, J.#, Feng, L. Structure and thiazide inhibition mechanism of the human Na–Cl cotransporter. Nature 614, 788-793 (2023).

    2. Fan, M.#, Zhang, J.#, Tsai, C.-W.#, Orlando, B. J., Rodriguez, M., Xu, Y., Liao, M., Tsai, M.-F., Feng, L. Structure and mechanism of the mitochondrial Ca2+ uniporter holocomplex. Nature 582, 129-133 (2020).

    3. Fan, C. #, Fan, M. #, Orlando, B. J. #, Fastman, N. M. #, Zhang, J., Xu, Y., Chambers, M. G., Xu, X., Perry, K., Liao, M., Feng, L. X-ray and cryo-EM structures of the mitochondrial calcium uniporter. Nature 559, 575-579 (2018).

    4. Fan, M. #, Xiao, Y. #, Li, M., Chang, W. Crystal structures of Arabidopsis thaliana oxalyl-CoA synthetase essential for oxalate degradation. Molecular Plant 9, 1349-1352 (2016).

    5. Fan, M., Li, M., Liu, Z., Cao, P., Pan, X., Zhang, H., Zhao, X., Zhang, J. & Chang, W. Crystal structures of the PsbS protein essential for photoprotection in plants. Nature Structural & Molecular Biology 22, 729-735 (2015). (Cover story)

    6. Gao, Y., Zhang, H., Fan, M., Jia, C., Shi, L., Pan, X., Cao, P., Zhao, X., Chang, W., Li, M. Structural insights into catalytic mechanism and product delivery of cyanobacterial acyl-acyl carrier protein reductase. Nature Communications 11, 1525 (2020).