5年前的夏天，中科院生物物理所园区回荡着悠长的蝉鸣。刘昊走进柳振峰研究员的办公室，当时他22岁，正在读大四，想要到柳老师的实验室里实习。

柳振峰在电脑上打开一张PPT，这是植物光合作用的分子机制图。在植物细胞中，叶绿体像一个个迷你“生产车间”正在繁忙工作。然而这些“生产车间”自己内部培养的“工人”——蛋白质很少，90%以上的蛋白质要从外部引进。这些蛋白质要进入叶绿体发挥作用，这就需要经历一段复杂的运输过程。

(相关资料图)

“你知道叶绿体膜上这个帮助蛋白质‘进门’的结构是什么吗？”柳振峰试探地问，这个知识点有些冷僻，他没指望刘昊能答上来。

没想到，眼前这个年轻人回答得头头是道——这正是他感兴趣的研究方向！就这样，师生初次见面的短短几个小时里，刘昊就赢得了柳振峰课题组的入场券，并确定了未来5年的博士研究方向。

近日，27岁的刘昊以第一作者身份在国际顶级学术期刊Nature上发表了相关论文，解析了叶绿体蛋白质传送器的组装原理。这时柳振峰才笑着承认，当初他有意“忽悠”了一下这个小伙子：“我没告诉他这个课题到底有多难。”

被“忽悠”来的Nature一作

光合作用就是植物通过叶绿体，把光能转化为化学能的过程。这可以说是地球上最重要的化学反应。没有光合作用，就没有我们眼前多姿多彩的生命世界。历史上，光合作用的机制研究曾多次斩获诺贝尔奖。

“在光合作用中，植物如何做到高效地吸能、传能、转能，是科学研究的核心问题之一。”柳振峰对《中国科学报》解释。而叶绿体中有着复杂空间结构的叶绿素蛋白复合体，正是至关重要的能量“传送器”和“转换器”。

叶绿体中的蛋白质，可以大致分为两种来源：不到10%的蛋白质是由叶绿体自身内部的基因编码的；90%以上的叶绿体蛋白质就像其他大多数蛋白质一样，是由细胞核中基因编码的。后者要进入叶绿体开展工作，需要连续穿越叶绿体特殊的内、外双层膜结构。为它们开辟道路的，是名为TOC-TIC的蛋白质转运复合体。位于叶绿体外膜上的转运体被称为TOC，位于内膜上的转运体则被称为TIC。

在过去30年间，组成TOC和TIC的不同蛋白亚基已被陆续发现，而二者构成的TOC-TIC超复合体如何组装，如何跨越叶绿体内外膜，又如何组成前体蛋白的运输路径，这一系列的关键科学问题的答案都还未能研究清楚。

“在真核生物体中，叶绿体和线粒体是具有双层膜结构的细胞器，像叶绿体TOC-TIC这样能够跨越双层膜的蛋白质转运复合体比较罕见,并且具有非常重要的生物学功能。它本身的组成和结构非常复杂，而且在细胞内的含量很低，因此研究难度还是很大的，可能做很久都做不出来。”柳振峰说。

然而看着眼前这个“初生牛犊”般的科研苗子，柳振峰怕把他“吓跑了”，有意在表述上“打了个折”。

“这个课题很有趣，不过可能要做4-5年，不一定有结果，你愿意来吗？”

22岁的刘昊接受了挑战：“当时找到柳老师，就是出于对植物膜蛋白的兴趣，所以不管5年还是更久，只要能做出来就行。”

科研攻关，从“洗菜”开始

对冷冻电镜研究来说，样品的质量极为关键。“巧妇难为无米之炊”——很多时候，同样拥有冷冻电镜的研究单位，之所以有的能快速做出高质量的结果，有的迟迟难以突破，主要瓶颈和问题往往就出在样品的收集和制备环节上。

在植物和藻类中，叶绿体TOC和TIC蛋白的天然丰度比较低。如何从叶绿体中获得又多又好的TOC-TIC超复合体拿来做实验，成了研究初期最大的难题。

植物叶绿体的优质来源是菠菜。于是去菜市场拎5斤菠菜，再回实验室把一大盆菠菜清洗、分离、提纯，这一系列操作，成为刘昊做研究的常态。

久而久之，这个小伙子成了洗菠菜的“熟练工”：要想洗得干净，就得用蒸馏水反复冲刷，每一片绿叶都清洗6遍；同时，还不能使用超声波等技术清洗，只能轻柔手洗，以保护TOC-TIC超复合体的完整形态。