近日，中国科学院广州生物医药与健康研究院研究员王茜敏团队联合华中农业大学教授程运江团队、广州医科大学教授徐有伟团队，以早期陆生维管植物江南卷柏为研究对象，利用冷冻电镜技术，成功捕获了植物特异性KCS6-CER2酶复合物在催化超长链脂肪酸（VLCFAs，碳链长度≥C20）缩合延伸过程中的多个关键构象状态，首次从原子水平完整揭示了该反应的分子机制。相关成果发表于《分子植物》（Molecular Plant）。

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。研究团队供图

VLCFAs是植物膜脂、鞘脂、木栓质及角质层蜡质的关键组分，在保水、抗病及环境适应性中发挥重要作用，同时也是医药、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（β-酮酰辅酶A合酶）负责缩合反应，是决定延伸起始和碳链长度的限速酶。

与依赖Elongase的动物和真菌不同，植物演化出由KCS家族与CER2家族协同介导的独特延伸体系。此前，因缺乏底物结合态和产物形成态等催化中间状态的结构信息，其底物识别、缩合延伸及产物释放的完整机制尚不明晰。江南卷柏作为现存最早分化的陆生维管植物之一，是目前已知具备KCS6-CER2协同模块的最早类群，为揭示该体系的起源与演化提供了理想模型。

研究团队通过冷冻电镜解析了KCS6-CER2复合物的五种功能状态：游离态、C22:0脂酰辅酶A底物结合态、丙二酰辅酶A（二碳供体）结合态以及β-酮脂酰辅酶A产物形成态，完整重构了单轮缩合延伸反应，系统阐明了底物识别、脂酰链装载、二碳缩合及产物生成的连续催化过程。

此外，研究团队意外发现KCS6-CER2复合物中存在一个此前未被报道的脂酰辅酶A结合侧腔，并捕获了C22:0脂酰辅酶A在该侧腔中的结合构象，功能实验证实该侧腔对VLCFAs的高效延伸至关重要。跨物种结构比较与系统发育分析表明，该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，提示KCS6-CER2介导的延伸模块在植物登陆早期即已形成，并在演化中持续保留。

该研究首次完整阐明了植物特异性KCS6-CER2复合物催化VLCFAs延伸的分子机制，并揭示了新型酰基结合侧腔的功能，深化了对植物VLCFAs生物合成机制的理解，为陆生维管植物陆地适应性的分子演化提供了结构证据，也为定向改良作物蜡质组成、培育抗旱耐逆品种及开发高价值脂质产品奠定了重要理论基础。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.molp.2026.07.007