汪俏梅/孙勃综述代谢工程改善芸薹属作物芥子油苷的研究进展

原文：https://link.springer.com/article/10.1007/s42994-021-00057-y

芥子油苷是一类含氮和硫的植物次生代谢物质，主要分布在十字花科植物中，包括模式植物拟南芥和芸薹属作物等。早在20世纪，临床医学研究就发现食用富含芥子油苷的芸薹属蔬菜能够显著降低多种癌症的发生率，同时芥子油苷还与各种芸薹属蔬菜的独特风味有关；此外，芥子油苷对植物也有保护作用，被称为“硫炸弹”，并且与植物的先天免疫和广谱抗真菌活性有关。当然，在一些芸薹属作物，如油菜中芥子油苷也有负营养效应，其中，脂肪族芥子油苷组分Progoitrin可能诱发哺乳动物的甲状腺肿。由于芥子油苷与芸薹属作物的健康功效、特殊风味和广谱抗性密切相关，引起了国际上不同领域学者的广泛关注和研究热情，成为植物次生代谢领域的研究热点之一。

以模式植物拟南芥为材料的生物化学和分子遗传学等研究极大推进了人们对芥子油苷生物合成途径的认识，而近年来芸薹属作物基因组测序和以各种组学技术为基础的系统生物学的发展，促使芸薹属作物的芥子油苷代谢途径及调控网络逐渐被阐明，为通过代谢工程等方法人为调控芥子油苷的组分和含量，改善芸薹属作物的营养品质和特殊风味，以及发展基于作物自身抗性的，绿色可持续的病虫害控制策略提供了新途径。

近日，浙江大学园艺系汪俏梅教授团队与四川农业大学园艺学院孙勃教授团队合作在aBIOTECH上发表了题为“Improvement of glucosinolates by metabolic engineering in Brassica crops”（点击题目查看原文）的综述文章，系统总结了代谢工程改善芸薹属作物芥子油苷的研究进展。

该综述首先介绍了芥子油苷生物学功能和代谢途径最新研究进展，总结了用于改善芸薹属作物芥子油苷组分与含量的代谢工程方法，包括基于芥子油苷合成酶基因和调节基因的遗传工程、消除芥子油苷的水解、抑制芥子油苷的转运过程以及代谢流向芥子油苷的重定向等。此外，论文还讨论了基因组、转录组和代谢组等组学方法在阐明芸薹属作物芥子油苷代谢途径中的应用，并对基因组编辑技术在芸薹属蔬菜品质改良中的应用进行了展望，提出有望通过CRISPR/Cas9等基因编辑技术敲除芥子油苷代谢途径中的负向调节基因，提高有益的芥子油苷组分的含量，从而改良芸薹属蔬菜的品质。此外，鉴定参与调控芥子油苷途径的信号分子，并通过代谢工程的方法人为操纵这些信号分子的核心元件，也将是改善芥子油苷组分与含量的有效途径。

浙江大学讲师苗慧莹和硕士生曾围为该文的共同第一作者，汪俏梅教授和四川农业大学孙勃教授为共同通讯作者，浙江省农业科学院王建升副研究员在论文的写作中提供了宝贵意见。该工作得到了国家自然科学基金、浙江省万人计划和浙江省自然科学基金等项目的资助。