生科学院杨仲南团队联合上海中医药大学在Nature Plants发表最新研究成果

近日，我校生命科学学院杨仲南团队与上海中医药大学陈万生课题组合作，解析了油菜孢粉素的结构。相关科研成果以题为Polymeric phenylpropanoid derivatives crosslinked by hydroxyl fatty acids form the core structure of rape sporopollenin的研究论文在Nature Plants在线发表。

孢粉素是所有陆生植物孢子和花粉外壁的结构物质，其形态具有物种特异性，是植物分类学的重要依据之一。孢粉素广泛保留在地层中成为化石，可用于煤和石油等矿产的探寻，也可用于古生态、古环境、古地理和古气候学的研究。作为天然多孔的生物纳米材料，孢粉素也被开发为药物和食品补充剂的载体、免疫调节剂、紫外线阻断剂以及有毒污染物的补救剂。

但由于孢粉素具有极高的化学惰性，其结构解析一直面临巨大技术挑战，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。虽经近百年努力，科学家们仅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。在此基础上，杨仲南团队和陈万生课题组合作，最终确定了孢粉素的结构。

本研究找到了一个适合孢粉素化学分离和解析的溶解方法。通过乙醇胺降解和化学分离手段，从油菜孢粉素中分离和鉴定到了22种组分。通过各种技术手段，确定孢粉素的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）。本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1. 油菜孢粉素中共分离和鉴定到的21种小分子化合物

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。

图3. 油菜孢粉素的分子模型

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通讯作者。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。上海师范大学黄继荣教授和王娜老师对本研究和论文撰写方面提供了帮助和宝贵意见。上海师范大学在读博士研究生张铭淇、在读硕士研究生卜江贺和郭明强参与了该论文的实验。本研究由国家重点研发计划(2022YFF1003502)，国家自然科学基金(31930009)，上海市教委创新计划(2019-01-07-00-02-E00006)资助。

（供稿、图片：生命科学学院）