杨仲南研究组合作揭示陆生植物孢粉素的物质构成

陆生植物的花粉和孢子被一种特殊的细胞壁包被。这层壁耐酸碱、不被酶分解、不溶于有机溶剂，被认为是植物中最具抵抗能力的物质之一。因此，孢粉素在防御诸如紫外辐射、机械损伤、水分蒸发等各种逆境胁迫中起着极其重要的作用。但迄今孢粉素的组成一直不清楚。关于酚类物质是否参与孢粉素的形成依旧处于争议中。今年8月，Molecular plant期刊在线发表了杨仲南研究组与中国科学院遗传所周奕华课题组和分子植物科学卓越创新中心李来庚课题组合作的 “Phenylpropanoid Derivatives Are Essential Components of Sporopollenin in Vascular Plants” 研究论文。 该研究首先利用光谱分析的方法解析了百合和拟南芥孢粉素的光谱特征，发现和木质素的光谱特征高度相似。进而通过常用的木质素分解方法硫代酸解法处理百合花粉的孢粉素，发现其可以分解孢粉素。对其裂解产物进行NMR分析发现其中包含几类苯丙烷酚类物质。细胞学证据表明苯丙烷途径表达于形成孢粉素前体物质的花药绒毡层中，而苯丙烷途径缺陷突变体体的花粉不能正常形成孢粉素。生理实验表明孢粉素中的苯丙烷酚类物质参与了对紫外辐射的抵抗，可以显著降低紫外辐射造成的DNA损伤以及活性氧增加。最后，对多种陆生植物的孢子和花粉进行了光谱和生化分析，发现种子植物和蕨类植物的孢粉素均能被硫代酸解法分解，但有着各自保守、并不完全相同的特征；而苔藓植物的孢粉素不能被硫代酸解法分解。这些结果表明不同植物的孢粉素构成各异，暗示着植物在陆地环境下的演化过程。