近日，我校生命科學學院楊仲南團隊與上海中醫藥大學陳萬生課題組合作，解析了油菜孢粉素的結構。相關科研成果以題為Polymeric phenylpropanoid derivatives crosslinked by hydroxyl fatty acids form the core structure of rape sporopollenin的研究論文在Nature Plants在線發表。

孢粉素是所有陸生植物孢子和花粉外壁的結構物質，其形態具有物種特異性，是植物分類學的重要依據之一。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的探尋，也可用于古生態、古環境、古地理和古氣候學的研究。作為天然多孔的生物納米材料，孢粉素也被開發為藥物和食品補充劑的載體、免疫調節劑、紫外線阻斷劑以及有毒污染物的補救劑。

但由于孢粉素具有極高的化學惰性，其結構解析一直面臨巨大技術挑戰，受到科學家們的廣泛關注。有研究者認為，孢粉素是人類目前最后，也最不被了解的一種生物聚合物。雖經近百年努力，科學家們僅從孢粉素部分降解產物中分離到少數幾個化合物。近幾年，楊仲南、李來庚、周奕華和陳萬生課題組合作，從分子、遺傳和細胞水平揭示孢粉素中可能存在的化合物。在此基礎上，楊仲南團隊和陳萬生課題組合作，最終確定了孢粉素的結構。

本研究找到了一個適合孢粉素化學分離和解析的溶解方法。通過乙醇胺降解和化學分離手段，從油菜孢粉素中分離和鑒定到了22種組分。通過各種技術手段，確定孢粉素的結構可以區分為不影響形態的外周孢粉素，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鍵組分。羥基脂肪酸通過脂鍵將聚合苯丙烷類衍生物交聯，構成孢粉素的核心結構。核心結構可以進一步通過脂鍵與柚皮素、脂肪酸和β-谷甾醇等外周物質相連，形成孢粉素的整體結構（圖3）。本研究計算了孢粉素核心結構的化學穩定性和疏水性，發現其與已知孢粉素的理化性質相吻合。油菜孢粉素結構的解析將促進植物生殖發育這一關鍵過程的理解，以及孢粉學這一交叉學科的發展。

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方式。

（A）聚合物中的單體。(B) 聚合物中的單體組成和偶聯方式。

圖3. 油菜孢粉素的分子模型

上海師范大學楊仲南教授和上海中醫藥大學陳萬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。上海師范大學黃繼榮教授和王娜老師對本研究和論文撰寫方面提供了幫助和寶貴意見。上海師范大學在讀博士研究生張銘淇、在讀碩士研究生卜江賀和郭明強參與了該論文的實驗。本研究由國家重點研發計劃(2022YFF1003502)，國家自然科學基金(31930009)，上海市教委創新計劃(2019-01-07-00-02-E00006)資助。

（供稿、圖片：生命科學學院）