近日，中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院研究員王茜敏團隊聯合華中農業大學教授程運江團隊、廣州醫科大學教授徐有偉團隊，以早期陸生維管植物江南卷柏為研究對象，利用冷凍電鏡技術，成功捕獲了植物特異性KCS6-CER2酶復合物在催化超長鏈脂肪酸（VLCFAs，碳鏈長度≥C20）縮合延伸過程中的多個關鍵構象狀態，首次從原子水平完整揭示了該反應的分子機制。相關成果發表于《分子植物》（Molecular Plant）。
KCS6-CER2酶復合物催化植物超長鏈脂肪酸延伸的分子機制示意圖。研究團隊供圖
VLCFAs是植物膜脂、鞘脂、木栓質及角質層蠟質的關鍵組分，在保水、抗病及環境適應性中發揮重要作用，同時也是醫藥、化妝品和生物燃料等領域的重要工業原料。植物VLCFAs由內質網上的脂肪酸延伸酶復合體（FAE）迭代催化合成，其中延伸酶（β-酮酰輔酶A合酶）負責縮合反應，是決定延伸起始和碳鏈長度的限速酶。
與依賴Elongase的動物和真菌不同，植物演化出由KCS家族與CER2家族協同介導的獨特延伸體系。此前，因缺乏底物結合態和產物形成態等催化中間狀態的結構信息，其底物識別、縮合延伸及產物釋放的完整機制尚不明晰。江南卷柏作為現存最早分化的陸生維管植物之一，是目前已知具備KCS6-CER2協同模塊的最早類群，為揭示該體系的起源與演化提供了理想模型。
研究團隊通過冷凍電鏡解析了KCS6-CER2復合物的五種功能狀態：游離態、C22:0脂酰輔酶A底物結合態、丙二酰輔酶A（二碳供體）結合態以及β-酮脂酰輔酶A產物形成態，完整重構了單輪縮合延伸反應，系統闡明了底物識別、脂酰鏈裝載、二碳縮合及產物生成的連續催化過程。
此外，研究團隊意外發現KCS6-CER2復合物中存在一個此前未被報道的脂酰輔酶A結合側腔，并捕獲了C22:0脂酰輔酶A在該側腔中的結合構象，功能實驗證實該側腔對VLCFAs的高效延伸至關重要。跨物種結構比較與系統發育分析表明，該協同催化機制及其關鍵結構特征在陸生維管植物中高度保守，提示KCS6-CER2介導的延伸模塊在植物登陸早期即已形成，并在演化中持續保留。
該研究首次完整闡明了植物特異性KCS6-CER2復合物催化VLCFAs延伸的分子機制，并揭示了新型酰基結合側腔的功能，深化了對植物VLCFAs生物合成機制的理解，為陸生維管植物陸地適應性的分子演化提供了結構證據，也為定向改良作物蠟質組成、培育抗旱耐逆品種及開發高價值脂質產品奠定了重要理論基礎。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.molp.2026.07.007