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由于孢粉素具有极高的化学惰性，对其结构进行解析一直是一项巨大的挑战，受到科学家们的广泛关注。有研究者认为，孢粉素是人类目前最后，也最不被了解的一种生物聚合物。经过全世界科学家近百年的努力，从孢粉素部分降解产物中分离到少数几个化合物。近几年，杨仲南、李来庚、周奕华和陈万生课题组合作，从分子、遗传和细胞水平揭示孢粉素中可能存在的化合物 (Xue et al., Molecular plant 2020; Xue et al., Plant Physiology 2023)。在此基础上，杨仲南和陈万生课题组合作，找到了一个彻底降解油菜孢粉素的方法。在分离鉴定到22种组分的基础上最终确定孢粉素的结构。相关研究成果于近日以Polymeric phenylpropanoid derivatives crosslinked by hydroxyl fatty acids form the core structure of rape sporopollenin为题发表在Nature Plants上。在读博士研究生陈枭，黄豆豆老师，薛景石副研究员为论文的共同第一作者，上海师范大学杨仲南教授和上海中医药大学陈万生教授为本文的通讯作者。
图1. 油菜孢粉素中共分离和鉴定到的21种小分子化合物
聚合苯丙烷类衍生物是孢粉素结构的关键组分
利用13C-NMR、1H-NMR、1H的异核多碳相关谱（HMBC）、和异核多量子关系（HMQC）和热裂解气相质谱（py-GC-MS）解析了孢粉素中的聚合苯丙烷类衍生物结构。结果发现该聚合物由对羟基香豆酸（p-CA）、对羟基苯甲酸（p-BA）、愈创木酰木质素单体（G）和羟基肉桂醇（M）等构成，并通过α-α'、α-β'、β-β'和α-5'等碳碳键的交叉偶联结构进一步聚合（图2）。
图2. 油菜孢粉素聚合物中的单体组成和偶联方式。
（A）聚合物中的单体。(B) 聚合物中的单体组成和偶联方式。
羟基脂肪酸和聚合苯丙烷类衍生物构成孢粉素的核心结构
基于NaOH处理、部分降解和拟南芥孢粉素突变体分析，本研究确定了孢粉素的结构。这一结构可以区分为不影响形态的外周孢粉素，和碱不敏感的核心孢粉素。羟基脂肪酸和聚合苯丙烷类衍生物是核心孢粉素的关键组分。羟基脂肪酸通过脂键将聚合苯丙烷类衍生物交联，构成孢粉素的核心结构。核心结构可以进一步通过脂键与柚皮素，脂肪酸和β-谷甾醇等外周物质相连，形成孢粉素的整体结构（图3）。该研究计算了孢粉素核心结构的化学稳定性和疏水性，发现其与已知孢粉素的理化性质相吻合。油菜孢粉素结构的解析将促进植物生殖发育这一关键过程的理解，以及孢粉学这一交叉学科的发展。
图3. 油菜孢粉素的分子模型
本文转自ThePlantCell公众号，只为分享交流，无任何商业用途。点击左下角“阅读原文”查看论文全文。
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