近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院（以下简称“广州健康院”）RNA调控与功能解析研究组在Molecular Plant发表题为“Structural snapshots of plant-specific KCS6-CER2 complex reveal the elongation mechanism of very-long-chain fatty acids”的研究论文。研究团队以早期分化的陆生维管植物江南卷柏（Selaginella moellendorffii）为研究对象，获得了植物特异性KCS6-CER2酶复合物多个关键催化状态的结构快照，完整解析了植物超长链脂肪酸（Very-long-chain fatty acids，VLCFAs）缩合延伸的分子机制。

超长链脂肪酸（VLCFAs，≥C20）是植物膜脂、鞘脂、木栓质和角质层蜡质的重要组成成分，在减少水分散失、抵御病原菌侵染和增强环境适应性等方面发挥关键作用，也是医药、化妆品和生物燃料等领域的重要工业原料。植物VLCFAs由内质网上的脂肪酸延伸酶复合体（FAE）迭代催化合成，其中延伸酶负责催化延伸循环第一步，是决定反应起始和碳链长度的关键限速酶（图1A）。不同于动物和真菌依赖Elongase催化VLCFAs延伸，植物在演化过程中形成了由β-酮酰辅酶A合酶（KCS）和ECERIFERUM2（CER2）家族协同介导的特有延伸体系。然而，由于长期缺乏底物结合态和产物形成态等关键催化状态的结构信息，植物VLCFAs碳链延伸如何完成底物识别、碳链缩合延伸及产物形成，其完整分子机制仍不清楚。江南卷柏是现存早期分化的陆生维管植物之一，也是目前已知最早形成KCS6-CER2协同延伸模块的代表类群。以江南卷柏为研究对象，不仅有助于系统揭示植物特有VLCFAs延伸体系的工作机制，也为从进化角度解析该体系在植物登陆早期的形成与演化提供了重要模型。

研究团队利用冷冻电镜技术，获得覆盖KCS6-CER2酶复合物催化VLCFAs缩合延伸完整反应的多个关键结构快照，包括游离态、C22:0脂酰-CoA底物结合态、二碳供体丙二酰-CoA结合态和β-酮脂酰-CoA产物形成态，重构了植物VLCFAs一次完整的缩合延伸反应，并从原子水平系统揭示了底物识别、脂酰链装载、二碳缩合及产物形成等关键催化过程，首次完整解析了植物VLCFAs延伸的分子机制（图1B）。研究还意外发现了KCS6-CER2酶复合物中一个此前未被识别的脂酰辅酶A结合侧腔，并捕获了C22:0脂酰-CoA结合于该侧腔的结构，证实其对VLCFAs高效延伸至关重要，进一步拓展了对植物VLCFAs生物合成机制的认识。跨物种结构比较和系统发育分析表明，这一协同催化机制及其关键结构特征在陆生维管植物中高度保守。因此，KCS6-CER2酶复合物介导的VLCFAs延伸模块在植物登陆早期已经形成，并在后续演化过程中持续保留。

该研究首次完整解析了植物特异性KCS6-CER2酶复合物介导VLCFAs延伸的分子机制，并发现了参与脂酰-CoA结合的新型侧腔结构，不仅深化了人们对植物VLCFAs延伸机制的认识，也为理解陆生维管植物适应陆地环境的分子演化提供了重要证据，同时为定向改良植物蜡质组成、培育抗旱耐逆作物以及开发高附加值植物脂质产品提供了重要理论基础。

广州健康院王茜敏研究员、华中农业大学程运江教授以及广州医科大学徐有伟教授为本文的共同通讯作者。广州健康院博士后汪洋、华中农业大学博士后王海燕为本文的共同第一作者。华中农业大学邓秀新院士等人对研究给予了重要指导。上海药物所高峰电镜中心为冷冻电镜数据采集提供了大力支持。本研究得到了国际（地区）合作项目、国家现代农业（柑橘）产业技术体系等项目的资助。

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图1 KCS6-CER2酶复合物催化植物超长链脂肪酸延伸的分子机制示意图