李福雙博士是我院98級本科生，畢業(yè)后留校工作并攻讀完成了碩士、博士學(xué)位，2013年到美國做研究至今。李博士長期師從湘雅藥學(xué)院的開拓者之一譚桂山教授從事天然產(chǎn)物學(xué)研究，2019年，李福雙博士在花粉壁的分子結(jié)構(gòu)研究方面取得重大突破，其研究成果以封面文章的方式在Nature Plants(IF:13.297)雜志2019年第一期發(fā)表,這是繼2017年以來李福雙博士在該期刊發(fā)表的第2篇高水平學(xué)術(shù)論文。

這里我們轉(zhuǎn)發(fā)一篇李福雙博士撰寫的有關(guān)研究趣事的科普文章，以饗讀者。

一把臭臭的化學(xué)剪，揭開了最強高分子的面紗

原創(chuàng)：賢父又說賢話前天

2016年5月，我?guī)е胰藖淼铰橹菽喜康牧_德島度假，把她們安排在一處海灘玩耍后，我一個人匆匆潛入了海岸附近的叢林里，這個季節(jié)正是松樹播撒花粉的時間，我要抓住這個時間窗采集足夠多的松花粉，用以研究。

掃描電子顯微鏡下花粉外形有豐富的多樣性，第一個即為松樹花粉

談起花粉，人們首先想到的是過敏，是花蜜，或者鮮艷的花朵。然而你可曾想到，小小花粉，其實藏著自然演化最神奇的力量！這些不起眼的小粉末，不但進化出如此豐富的多樣性，還擁有這個世界上最強大的高分子外殼——花粉壁（sporopollenin）。靠著花粉壁驚人的物理化學(xué)穩(wěn)定性，萬千植物得以從容的或播撒孢子，或風(fēng)媒傳粉，或爭奇斗艷招蜂引蝶。脆弱的遺傳物質(zhì)在花粉壁的保護下得以在大自然嚴酷的環(huán)境下代代相傳。地球漫長的歷史時期化石量最多的是什么，不是恐龍，不是三葉蟲，而是大量的花粉化石！花粉壁超強的穩(wěn)定性使得它們在各個階段化石層穩(wěn)定存在。這些化石是研究植物演化和地球歷史的重要依據(jù)。

約6500萬年前，第五次生物大滅絕前后的花粉化石，形態(tài)更加多樣，但大部分植物如今已經(jīng)滅絕 ，（Cretaceous Research 30 (2009) 632–658）

花粉壁到底由什么構(gòu)成，這個問題困擾了人類二百多年。由于其超強的穩(wěn)定性，裂解甚至溶解它都異常困難，面對這樣一種物質(zhì)，科學(xué)家往往束手無策。我們成功揭示了DNA，RNA, 五花八門的各種生物大分子的結(jié)構(gòu)，但對花粉壁卻知之甚少......。我把整整一袋子松花粉丟進了車后箱，決心在痛苦的實驗開始前，還是好好的玩?zhèn)€夠。

接下來的幾年里，這一袋子松花粉受盡了我的折磨，各種酸的，堿的，氧化的，蒸的，煮的，高壓的，甚至強腐蝕的王水，我全部試了個遍！花粉壁真強，它巋然不動！只有超強氧化能粉碎它，但我要的不是粉碎！出土的古代瓷器殘片太碎了，就拼不出原樣了！窮途末路之際，又輪到我給組會報告，苦于沒有數(shù)據(jù)，我嘗試了一個我最最不想做的，巨臭無比的實驗——乙硫醇thioacidolysis。那天，整個三樓瘋狂了，短短一米的距離，我將反應(yīng)液從通風(fēng)櫥轉(zhuǎn)移至旋蒸儀，乙硫醇美妙的臭味就彌散了整個實驗室，隔壁Weinberg組馬上就有人過來探班了！沒想到，實驗結(jié)果出奇的好，有碎片了，整整齊齊四五個峰（化合物），有了它們，就能拼出花粉壁這個大Lego了！太激動了，分離純化都是小事，我在藥物所張老師那里打下了堅實的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)鑒定才考驗實力，拿到碎片不知道是啥，更悲催。捧著一堆辛辛苦苦得到的NMR(核磁共振圖譜，用以解析小分子化合物結(jié)構(gòu)，我的最愛）圖，我打了雞血一樣解析，左拼裝，右組合。終于，花粉壁第一個奇妙的monomer（高分子的單體）被我發(fā)現(xiàn)啦！16個碳長長的鏈，7號位置優(yōu)雅的連接一個對羥基香豆酸（p-coumaric acid）！經(jīng)科(我的老板）得知這個好消息也欣喜若狂。隨后，更多的monomer紛紛解析出來。花粉壁結(jié)構(gòu)的大門轟然打開，無數(shù)奇妙的發(fā)現(xiàn)接踵而至：16個碳的長長碳鏈，通過獨特的縮醛鍵，連在另一個高聚體上，而這個高聚體，竟與人工合成的高分子材料pva（聚乙烯醇）有著驚人相似的結(jié)構(gòu)。植物早在4億年前就發(fā)明了這么高強的結(jié)構(gòu)！縮醛鍵，長鏈碳，對羥基香豆酸的引入，使得花粉壁的強度和穩(wěn)定性大大超過了pva。

花粉壁的化學(xué)結(jié)構(gòu)，Nature Plants用2019年第一期封面文章報道了這一發(fā)現(xiàn)

困擾科學(xué)家二百多年的花粉壁的結(jié)構(gòu)豁然開朗了，很多研究都可以重新開啟，植物如何生成花粉壁？這是合成生物學(xué)要解決的問題。我們?nèi)绾文M合成超強高分子，這是合成化學(xué)要解決的問題。這些研究我們實驗室都在如期展開！

放下那一袋松花粉，在研究進入的又一個春天里，我走遍了哈佛植物園的每個角落，拜訪了Ucoon和Smith College兩所著名的植物溫室，采集了一百多科植物的花粉，涵蓋整個植物界。我將用這把臭臭但神奇的化學(xué)剪，揭開植物進化史上最神秘的一頁——花粉壁的分子進化。敬請期待......

論文原文（2019）：https://www.nature.com/articles/s41477-018-0330-7

論文原文（2017）：https://www.nature.com/articles/nplants2017109