浙江大学汪俏梅教授团队通过操纵芥子油苷降解改善芥蓝芽菜品质

芥子油苷（Glucosinolates，GSLs）是一类含氮含硫的次生代谢产物，芸薹属蔬菜中含量丰富。当前，芥子油苷的生物合成路径及调控研究较为丰富，关于其降解的研究相对匮乏。芥子油苷在其降解酶（黑芥子酶）和硫代氰酸盐形成蛋白（TFP）、上皮硫特异蛋白（ESP）、腈特异蛋白（NSP）等特异蛋白的作用下生成异硫代氰酸盐（Isothiocyanate）、硫代氰酸盐（Thiocyanate）、上皮环硫腈（Epithionitrile）和简单腈（Nitrile）等降解产物（图1），不仅是植物先天免疫的重要组成部分，还是芸薹属蔬菜特殊风味的来源，其中，异硫代氰酸盐类降解产物具有最强的防癌抗癌和抗炎症等健康促进功效。

图1 黑芥子酶介导的芥子油苷降解路径

芥蓝（Brassica oleracea var. alboglabra）是原产于我国的芸薹属蔬菜。芥蓝芽菜含有丰富的芥子油苷、类胡萝卜素和维生素等生物活性物质，是芥蓝产业中新兴的绿色经济高效生产方式。然而，芽菜中芥子油苷的降解产物组分主要为上皮环硫腈，而非更有益于人体健康的异硫代氰酸盐。

2023年2月，Horticulture Research上线了（Advance Access）浙江大学汪俏梅教授团队题为Enhancing health-promoting isothiocyanates in Chinese kale sprouts via manipulating BoESP 的研究论文，解析了芥蓝芽菜发育过程中芥子油苷代谢流的变化，并通过沉默BoESPs获得了异硫代氰酸盐含量提升的芥蓝芽菜，为通过代谢工程人为改善芥蓝芽菜健康促进品质奠定基础。

为真实反映芥蓝芽菜发育过程中内在芥子油苷的代谢水平，该研究突破传统采用干重或鲜重的计量方式，以单株计量，追踪芥蓝从种子生长为7天幼苗的过程中芥子油苷代谢流的变化，发现芥子油苷降解产物中异硫代氰酸盐的占比逐渐下降，而上皮环硫腈的占比则逐渐上升。结合RNA-seq和定量PCR数据，推测BoESP可能是影响芥蓝芽菜中芥子油苷降解模式的关键基因（图2）。

图2 芥子油苷合成与初生硫吸收途径（a），以及芥子油苷降解途径（b）相关基因的变化（3天苗龄的芽菜VS种子）

该研究发现芥蓝中不同BoESP拷贝之间以及芸薹属“U三角”6个物种中ESP间均高度保守；BoESPs在芥蓝不同发育时期和不同组织中均有表达，且以BoESP2的丰度最高；脱落酸和赤霉素可以通过诱导BoESPs的表达，有效调控芥蓝芽菜中各类降解产物的含量和占比。研究者进一步通过病毒介导的基因沉默技术（virus-induced gene silencing, VIGS）降低了芥蓝芽菜中BoESP2表达量，使得异硫代氰酸盐的含量和占比增加，显著提升了芥蓝芽菜的品质。研究结果为通过化学调控和遗传工程等途径改善芸薹属蔬菜品质提供了创新思路和有效策略。

浙江大学汪俏梅教授团队致力于蔬菜中重要次生代谢物质的生物合成与代谢调控网络解析，在此基础上发展蔬菜的全产业链品质调控，以及品质与抗性的协同调控。汪俏梅教授为该论文的通讯作者，苗慧莹副教授和硕士研究生夏楚楚为论文共同第一作者。这项工作得到了国家自然科学基金面上项目（32172593）、浙江省自然科学基金探索项目（LY21C020002）、宁波市科技计划项目（2021Z132）和浙江省公益项目（NOLGN20C150009）等课题的资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhad029‍

转自：“园艺研究”微信公众号

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