近日，我校生命科學(xué)學(xué)院楊仲南團(tuán)隊(duì)與上海中醫(yī)藥大學(xué)陳萬(wàn)生課題組合作，解析了油菜孢粉素的結(jié)構(gòu)。相關(guān)科研成果以題為Polymeric phenylpropanoid derivatives crosslinked by hydroxyl fatty acids form the core structure of rape sporopollenin的研究論文在Nature Plants在線發(fā)表。
孢粉素是所有陸生植物孢子和花粉外壁的結(jié)構(gòu)物質(zhì)，其形態(tài)具有物種特異性，是植物分類學(xué)的重要依據(jù)之一。孢粉素廣泛保留在地層中成為化石，可用于煤和石油等礦產(chǎn)的探尋，也可用于古生態(tài)、古環(huán)境、古地理和古氣候?qū)W的研究。作為天然多孔的生物納米材料，孢粉素也被開發(fā)為藥物和食品補(bǔ)充劑的載體、免疫調(diào)節(jié)劑、紫外線阻斷劑以及有毒污染物的補(bǔ)救劑。
但由于孢粉素具有極高的化學(xué)惰性，其結(jié)構(gòu)解析一直面臨巨大技術(shù)挑戰(zhàn)，受到科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。有研究者認(rèn)為，孢粉素是人類目前最后，也最不被了解的一種生物聚合物。雖經(jīng)近百年努力，科學(xué)家們僅從孢粉素部分降解產(chǎn)物中分離到少數(shù)幾個(gè)化合物。近幾年，楊仲南、李來庚、周奕華和陳萬(wàn)生課題組合作，從分子、遺傳和細(xì)胞水平揭示孢粉素中可能存在的化合物。在此基礎(chǔ)上，楊仲南團(tuán)隊(duì)和陳萬(wàn)生課題組合作，最終確定了孢粉素的結(jié)構(gòu)。
本研究找到了一個(gè)適合孢粉素化學(xué)分離和解析的溶解方法。通過乙醇胺降解和化學(xué)分離手段，從油菜孢粉素中分離和鑒定到了22種組分。通過各種技術(shù)手段，確定孢粉素的結(jié)構(gòu)可以區(qū)分為不影響形態(tài)的外周孢粉素，和堿不敏感的核心孢粉素。羥基脂肪酸和聚合苯丙烷類衍生物是核心孢粉素的關(guān)鍵組分。羥基脂肪酸通過脂鍵將聚合苯丙烷類衍生物交聯(lián)，構(gòu)成孢粉素的核心結(jié)構(gòu)。核心結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步通過脂鍵與柚皮素、脂肪酸和β-谷甾醇等外周物質(zhì)相連，形成孢粉素的整體結(jié)構(gòu)（圖3）。本研究計(jì)算了孢粉素核心結(jié)構(gòu)的化學(xué)穩(wěn)定性和疏水性，發(fā)現(xiàn)其與已知孢粉素的理化性質(zhì)相吻合。油菜孢粉素結(jié)構(gòu)的解析將促進(jìn)植物生殖發(fā)育這一關(guān)鍵過程的理解，以及孢粉學(xué)這一交叉學(xué)科的發(fā)展。
圖1. 油菜孢粉素中共分離和鑒定到的21種小分子化合物
圖2. 油菜孢粉素聚合物中的單體組成和偶聯(lián)方式。
（A）聚合物中的單體。(B) 聚合物中的單體組成和偶聯(lián)方式。
圖3. 油菜孢粉素的分子模型
上海師范大學(xué)楊仲南教授和上海中醫(yī)藥大學(xué)陳萬(wàn)生教授為本文通訊作者。在讀博士研究生陳梟、黃豆豆老師、薛景石副研究員為論文的共同第一作者。上海師范大學(xué)黃繼榮教授和王娜老師對(duì)本研究和論文撰寫方面提供了幫助和寶貴意見。上海師范大學(xué)在讀博士研究生張銘淇、在讀碩士研究生卜江賀和郭明強(qiáng)參與了該論文的實(shí)驗(yàn)。本研究由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2022YFF1003502)，國(guó)家自然科學(xué)基金(31930009)，上海市教委創(chuàng)新計(jì)劃(2019-01-07-00-02-E00006)資助。
（供稿、圖片：生命科學(xué)學(xué)院）
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