硼是一种对植物正常生长和发育至关重要的微量元素。目前我们对硼在植物中功能的理解表明，硼对细胞壁的结构和完整性至关重要（Brown等人，2002年；Loomis和Durst，1992年）。这种交联作用的发生是因为植物中主要的硼形式——硼酸盐含有四个呈四面体排列的羟基，使其能够与含有二醇的分子发生交联。
这种交联作用在生长中的维管植物初生壁中的果胶中尤为明显（Ishii和Matsunaga，1996年；Kaneko等人，1997年；Kobayashi、Matoh和Azuma，1996a，Kobayashi、Matoh和Azuma，1996b；Matoh和Kobayashi，1998年；O'Neill等人，1996a，O'Neill等人，1996b）。植物细胞壁中的果胶主要由三个结构域组成：均聚半乳醛酸（HG）、鼠李糖半乳醛酸I（RG-I）和鼠李糖半乳醛酸II（RG-II），并且在细胞壁重塑或降解过程中还可以生成称为寡半乳醛酸苷（OGA）的短生物活性片段。RG-II是结构最复杂的果胶结构域，其骨架由均聚半乳醛酸组成，并带有从A到F标记的稀有糖类，这些糖类以高度保守且复杂的侧链形式存在（图1a）。在这些果胶中，至少95%的RG-II结构域通过共价二酯键连接在一起，该键通过侧链A的阿皮奥糖残基将两个RG-II单体连接成同源二聚体（Funakawa和Miwa，2015年；Lerouge等人，2021年；O'Neill等人，2004年）（图1a）。
已有研究表明，RG-II的二聚化对植物的正常生长和发育至关重要（Funakawa和Miwa，2015年；Matoh和Kobayashi，1998年）。事实上，无法形成二聚体的植物通常具有异常的细胞壁，无法正常生长和发育（Ishii，2002年；Noguchi等人，2003年；O'Neill等人，2001年）。然而，我们对体外和体内控制交联作用的分子因素了解仍然有限（Begum和Fry，2022年；Chormova等人，2014年；Ishii等人，1999年；Kobayashi、Matoh和Azuma，1996a，Kobayashi、Matoh和Azuma，1996b；O'Neill等人，2020年；O'Neill等人，1996a，O'Neill等人，1996b；Sanhueza等人，2022年）。实际上，这一过程的亚细胞定位、反应的pH依赖性、其可逆性以及是否涉及特定的（生物）催化剂等方面仍不清楚（Begum和Fry，2023年）。
硼酸盐（硼酸）是一类结构多样的分子，它们能与顺式二醇形成可逆的酯键，其作用方式与硼酸盐相同（Bassil等人，2004年；Bergold，1983年；Springsteen和Wang，2002年）。据报道，硼酸会影响植物的许多生物过程，包括生长素生物合成和根系发育（Matthes和Torres-Ruiz，2016年）。这些效应可能是由于硼酸能够与硼酸盐竞争结合位点，从而干扰多种生理过程并导致一系列非特异性的生长异常（Matthes和Torres-Ruiz，2017年）。此外，硼酸还被发现会破坏悬浮培养烟草细胞中的细胞质结构和细胞与细胞壁的连接（Bassil等人，2004年）。例如，苯硼酸（PBA）被认为会与RG-II中的硼酸盐结合位点竞争，从而阻止二聚体的形成，进而扰乱果胶网络（Bassil等人，2004年；Fang等人，2016年；Housh等人，2020年；Matthes等人，2020年；Matthes和Torres-Ruiz，2017年）。然而，Hays等人（2024年）的研究表明，在硼缺乏的拟南芥（Arabidopsis thaliana）幼苗中添加PBA可以恢复RG-II的二聚化。然而，这种恢复的机制尚不清楚，因为硼酸只含有一对羟基，与硼酸盐不同，无法将两个独立的分子连接在一起（Liu和Scouten，2000年）。
在生物学研究中使用硼酸时，常常会遇到一个问题，即它们容易被活性氧（ROS）（包括过氧化氢（H₂O₂）氧化脱硼（Graham等人，2021年）。例如，在生理pH值下，PBA及其硼酸盐酯会迅速氧化生成硼酸和酚（Graham等人，2021年；Kuivila和Armour，1957年）。这一特性被用于开发检测生物系统中H₂O₂的方法（Wang等人，2024年），但也限制了含硼酸药物的效果。
ROS（包括H₂O₂）参与多种植物生理过程和应激反应（例如，Singh等人，2016年；Smirnoff和Arnaud，2019年）。在植物中，H₂O₂少量存在于细胞间隙和细胞器中，并通过多种酶促和代谢途径产生（Hernandez等人，2010年）。
尽管H₂O₂和硼在植物细胞壁中非常重要，但H₂O₂依赖性的氧化脱硼对果胶交联的影响仍很大程度上未被探索。我们假设在植物体内，硼酸会被细胞间隙中的H₂O₂氧化脱硼。由此产生的硼酸随后被用于RG-II的二聚化。我们通过研究选定的硼酸在体内和体外交联RG-II的能力获得了支持这一假设的证据。我们发现，在添加硼酸的缺硼玫瑰细胞培养物中发生了二聚化，且生成的RG-II含有硼酸盐而非硼酸。因此，这项研究探讨了一个核心未解决的问题：硼酸是直接介导RG-II的交联，还是通过转化为硼酸盐间接起作用？通过结合体内、体外和光谱学方法，我们证明了氧化脱硼是硼酸驱动RG-II二聚化的关键机制。相比之下，只有在反应混合物中含有H₂O₂（氧化脱硼所必需的）时，体外才会发生二聚化。我们的发现表明，外源硼酸在植物体内主要作为硼的来源，而产生的芳基和烷基醇副产物引入了额外的化学反应性，这对植物的生长和发育可能产生影响，这些影响仍有待进一步研究。
