中国农业大学食品学院段长青教授团队在缩合单宁聚合机制方面取得重要进展

　　近日，国际综合学术期刊《自然通讯》（Nature Communications）发表了中国农业大学食品科学与营养工程学院段长青教授团队的研究论文《抗坏血酸-（+）-儿茶素加合物在缩合单宁聚合中的作用》（A role for ascorbate conjugates of （+）-catechin in proanthocyanidin polymerization）。该研究发现了参与食品中植物源单宁聚合的寡聚态中间体，提出了“亚缩合单宁”概念，揭示了（+）-儿茶素型单宁聚合的新机制，明晰了 （+）-儿茶素型单宁随植物发育聚合延伸的衍变机理。

 

　　缩合单宁是植物源食品中广泛存在的黄烷-3-醇（包括（+）-儿茶素和（-）-表儿茶素）聚合体，为果蔬以及红葡萄酒、茶叶、咖啡等食品贡献着苦涩感和抗氧化功效。有观点认为，缩合单宁由黄烷-3-醇单体（起始单元）和C4位活跃的黄烷-3-醇中间体（延伸单元）通过亲核亲电反应聚合形成。然而迄今为止，人们对单宁实际聚合途径仍知之甚少。此外，单宁研究的模式植物拟南芥和苜蓿几乎只积累（-）-表儿茶素型单宁，这也对深入挖掘植物源食品原料中 （+）-儿茶素型单宁的聚合机理提出了挑战。

 

　　在前期研究中，段长青教授团队与美国北德克萨斯大学Richard A. Dixon教授团队合作发现了一种（+）-儿茶素型单宁延伸单元前体？4β-S-半胱氨酸-（+）-儿茶素，并揭示了葡萄中无色花色素还原酶（LAR）合成黄烷-3-醇单体及调控单宁聚合度的酶学机制。相关成果以《VvLAR1和VvLAR2是酿酒葡萄缩合单宁生物合成途径的双功能酶》（？VvLAR1 and VvLAR2 are bifunctional enzymes for proanthocyanidin biosynthesis in grapevine）为题发表在国际知名植物期刊《植物生理》（Plant Physiology）。

 

　　在后续实验中，团队发现拟南芥anthocyanidin synthase （ans）突变体不合成黄烷-3-醇单体，但能够积累聚合态的（+）-儿茶素延伸单元；随后的生物化学和遗传学实验证明：抗坏血酸（AsA）在ans突变体中代替黄烷-3-醇单体作为起始单元，为源自无色花青素的（+）-儿茶素延伸单元提供聚合基础，从而生成一系列寡聚态抗坏血酸-（+）-儿茶素加合物（AsA-[C]n）；新发现的这类化合物在葡萄发育前期的花、果皮和种子中含量较高，而其积累水平随葡萄果实单宁聚合进程逐渐下降；体外实验进一步证实： 在黄烷-3-醇单体存在的情况下，寡聚态中间体（AsA-[C]n）能够以（+）-儿茶素寡聚态延伸单元模式参与缩合单宁的非酶促聚合，表明缩合单宁的延伸并非必需通过顺序添加单个延伸单元实现。综合葡萄果实和拟南芥中的发现，认为AsA-[C]n在植物体内的意义是将活跃的单体型延伸单元聚合为较稳定的寡聚态中间体，而后再参与单宁的聚合衍变。基于AsA-[C]n既能像缩合单宁一样以聚合体的形式独立存在，又能作为延伸单元参与缩合单宁的聚合衍变，命名这类物质为“亚缩合单宁”。以上成果将为调控植物源食品原料中缩合单宁性状提供理论依据。

 

　　AsA-[C]n参与缩合单宁聚合的示意图

 

　　中国农业大学为论文的第一单位，食品科学与营养工程学院段长青教授为该论文的通讯作者，研究团队已毕业博士研究生于可济为该论文的第一作者，美国北德克萨斯大学Richard A. Dixon教授参与了该项工作。本研究受国家自然科学基金区域联合重点项目（U20A2042）、财政部和农业农村部：国家现代农业产业技术体系（CARS-29）和国家留学基金委员会公派联合培养博士项目（201706350125）的资助。

 

　　原文链接：

 

　　1.     https://academic.oup.com/plphys/article/180/3/1362/6117731

 

　　2.     https://www.nature.com/articles/s41467-022-31153-2

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