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  • 孢粉的韧性,花粉粒的壳内的聚合物(见于使用扫描电子显微镜这里放大500倍),使得有可能为植物生命在陆地上生存 - 但也沮丧的尝试,研究其基本组成,到现在为止。

    孢粉的韧性,花粉粒的壳内的聚合物(见于使用扫描电子显微镜这里放大500倍),使得有可能为植物生命在陆地上生存 - 但也沮丧的尝试,研究其基本组成,到现在为止。

    图像:达特茅斯电子显微镜设施/维基共享

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破解一个艰难的情况下,

孢粉的韧性,花粉粒的壳内的聚合物(见于使用扫描电子显微镜这里放大500倍),使得有可能为植物生命在陆地上生存 - 但也沮丧的尝试,研究其基本组成,到现在为止。

Whitehead研究所和澳门太阳城最新网站的研究揭露孢粉素聚合物的详细的分子结构,对于陆生植物的出现的惰性材料键。


记者联系

妮可·吉斯rura
电子邮件: giese@wi.mit.edu
电话:617-258-6851
怀特黑德研究所

对于数以百万计的几百年,植物繁衍生息在地球上的海洋,从陆地上发现的苛刻条件,如干旱和紫外线辐射安全。然后,大约4.5亿年前,工厂发现了一种方法,使移动土地:它们的进化孢子 - 小的生殖细胞 - 并最终花粉粒与坚韧,保护外墙,可以承受恶劣的条件下在陆地环境,直到他们可能发芽,长成植物或受精胚珠。

壁的一个关键组成部分是聚合物 - 许多小亚基组成的大分子 - 称为孢粉素。它是耐用,在所有陆地植物仍然无处不在的这一天,但在藻类缺席。了解在自然界中发现聚合物的分子组成是生物学的基本追求,具有悠久的历史追溯阐明DNA和蛋白质结构的初期,但使孢粉所有陆生植物很重要的韧性也使得我们很难为研究人员研究。

孢粉素是非常惰性的并且耐与其它化学品反应,包括的那些研究者通常使用,以确定其它植物的生物聚合物,如多糖,木质素,和天然橡胶的结构。因此,科学家们已经奋斗了几十年来弄清楚到底是什么孢粉素聚合物制成的。现在,一篇文章在今天出版的杂志 自然植物,Whitehead研究所成员京科翁和第一作者和翁实验室博士后福李爽,与合作者教授洪梅和化学系研究生pyae叫Phyo一起,用创新的化学降解法和国家的the-技术核磁共振(NMR)谱,以确定孢粉的化学结构。

“植物不可能殖民统治的土地,如果他们还没有开发出一种能够承受恶劣的环境中,”翁,谁也生物学助理教授。 “孢粉素有助于使陆地生态系统,因为我们知道它有可能。” 

除了解决在植物化学一个长期的难题,确定孢粉素的结构开启了它在其它应用程序的主机可能使用了门。孢粉素的惰性是期望的属性中的发展,以复制,例如,医疗植入物如支架,其撑开动脉阻塞,以防止装置和主体之间的负面相互作用。它也可能是持久的油漆和涂料,如在船上,在那里它的惰性会防止在水的化合物反应,所以保护好船体与环境退化使用一个很好的模式。

找到的形状和孢粉素的组合物不是一个简单的任务。第一个挑战是获得足够的研究材料,因为这可以从大多数植物的花粉收集量分钟。但是,从沥青松花粉, 松杜松中,批量销售在中国作为年糕浇头。所以翁使用的非常规的样品采集方法:他问他的父母在中国出货他间距松花粉形成大量的。

一种常见的方法来确定一个复杂的植物聚合物的结构是将其溶解在与将开分解成更小的和更小的块从该完整的结构可以推断出特定的化学化合物的溶液。但由于孢粉素是惰性,且不与研究人员常用化学物质发生反应干部,搞清楚如何来分解分子是一个重要的挑战。 

为了破解这个问题 - 和使孢粉更容易溶解 - 利使用一个特别设计的研磨机被称为高能球磨机进行物理剪切微小花粉涂层成更细的碎片。然后他就开始测试不同的化学混合物,以找到那些可以掰开孢粉素聚合物成更接近片段。

大的突破来了,当他试图叫硫代酸的化学降解过程,有一个特殊的含硫化合物的捏酸催化反应。这允许利始终如一分解总孢粉聚合物的50%成小块,与这些片的结构逐一解决。

帮助完成拼图,研究人员用梅红的组中的化学澳门太阳城最新网站的部门合作,并采用魔角旋转固态核磁共振光谱,这可以通过让他们与磁场相互作用决定不溶性化合物的化学结构。本次调查缩小了可能的结构进行孢粉素。与更多的化学降解测试,以验证某些可能性,并消除其他人相结合,最终导致了完整的结构。

在手孢粉素的结构,研究人员就能够识别这种独特的聚合物,使其孢子和花粉等良好的防护墙的各个方面。

一个关键的发现是,孢粉分子包含两种类型的交联键的 - 酯和缩醛 - 作用类似化学片段,该分子的链结合在一起。其它已知的植物聚合物具有只有一种主要类型的交联的,并且该唯一的特征可能提供孢粉的极端化学惰性。酯键是在温和的酸性条件具有耐受性,而缩醛是于碱性条件下耐腐蚀,这意味着在分子中在野外或在实验室中任一类型的环境中也不会分解。 

孢粉素的其他组分中发现的研究人员包括已知提供UV防护的多个分子,以及脂肪酸,其是防水的,并且可以从保护干旱或水可用性的其他变化孢子和花粉。 

现在研究人员正在寻找物种之间的差异孢粉。松树是不是一种开花植物,但大多数感兴趣的农业和医药的,所以翁,李厂正在研究如何孢粉素可能与开花植物的进化改变。                       

“因为我是一个学生,通过DNA结构的发现壮丽的启发,我一直在推动以发现的自然界中事物的基本形式,”翁说。 “它是如此有价值照亮植物中这一关键生物聚合物的结构。” 

京科翁的主要联系是怀特黑德研究所的生物医学研究,他的实验室位于和他的研究进行。他也是生物学澳门太阳城最新网站的助理教授。该研究由生物医学科学皮尤学者计划和塞尔学者计划,以及美国支持能源部。


主题: 科学学院, 化学, 生物学, 能源部(DOE), 演化, 研究, 怀特黑德研究所, 生物化学, 植物

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