周友平教授团队在高等植物木质素结构单元特定位点自然丰度氧同位素组成研究中取得突破

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我院化学与化工学院周友平教授领导的天然产物稳定同位素组学（ICB: Isotopomics in Chemical Biology）团队，通过近3年的努力，率先开发出高等植物中木质素结构单元特定位点自然丰度氧同位素组成（PSIC-O：position-specific oxygen isotope composition）测定新方法。近日，相关成果在Analytica Chimica Acta发表，博士生王  颖和青年教师朱震宇为论文的共同第一作者，陕西科技大学为第一单位和唯一通讯单位，自然资源部第三海洋研究所为论文参与单位。
        PSIC-O可作为植物生长环境、代谢和气候信息的集成载体，记录了大气氧、水源氧的来源和生化合成信息。然而，木质素结构的高度复杂性对可靠提取PSIC-O信号形成巨大挑战，世界上目前尚无类似工作的报道。针对木质素结构的复杂性，ICB团队利用活性炭负载碳化钨（W2C/AC）作为催化剂，在无氧环境下通过高选择性氢化解聚，获得侧链不含O，而苯环上O未受影响的木质素结构单元（图一），并配合气相-高温裂解-同位素比质谱仪联用仪（GC/Py/IRMS）同时测定不同结构单元的氧同位素组成。基于H，G和S型结构单元之间的生物合成联系，利用同位素质量平衡计算获得PSIC-O（图二）。利用该方法研究野外成长植物木质素，发现在禾本植物中木质素结构单元氧同位素值的顺序为：d18OH>d18OG>d18OS，而木本植物中的氧同位素顺序恰好与之相反。这种禾本和木本之间的差异可能与携带叶片水分18O富集信号的L-络氨酸，和携带分子O2同位素信息的L-苯丙氨酸两种前驱体对木质素合成相对贡献有关。
        该工作得到了国家重点研发计划“战略性国际科技创新合作”（2018YFE0206400）、国家自然科学基金面上项目（41973072、41773032、32071507）等项目的支持。

            图一 芦苇茎木质素解聚结果谱图

图二 木质素特定位点氧原子同位素测定（PSIA）实现路径

         论文详细信息：Ying WANG, Zhenyu ZHU, Yu XIA, Muyang ZHONG, Ran MA, Yu ZHAO, Qing MIAO, Bo WANG, Yi MA, Xijie YIN, Youping ZHOU,Accessing the Position-Specific18O/16O ratios of Lignin Monomeric Units from Higher Plants with Highly Selective Hydrogenolysis followed by GC/Py/IRMS Analysis,Analytica Chimica Acta,2021（https://doi.org/10.1016/j.aca.2021.338667）


        文章来源：陕西科技大学
        周友平,陕西科技大学“特聘教授”以植物合成天然产物为主要研究对象，自然丰度稳定同位素组成为主要工具，有机质谱学、同位素比质谱学和核磁共振波谱学位主要分析手段，致力于在分子层面上研究天然产物稳定同位组成的光合作用、代谢及环境印记。