科學家發現西蘭花抗癌關鍵基因(圖)

西蘭花抗癌基因被發現， 未來蔬菜或更營養。（圖片來源：Adobe stock）

【看中國2024年7月3日訊】（看中國記者楊天姿編譯/綜合報導）最近科學家對西蘭花抗癌特性的研究又獲得重大突破，為培育更具營養價值的十字花科蔬菜品種開闢了新途徑。

科學家發現西蘭花抗癌關鍵基因

7月2日，每日科技網（scitechdaily）報導，近日發表在《園藝研究》（Horticulture Research）期刊上的研究，首次對西蘭花（台灣稱花椰菜）進行了全面的基因組分析。中國湖南農業大學的研究團隊利用先進的太平洋生物科學公司（PacBio）HiFi測序和Hi-C技術，成功繪製出高品質的西蘭花染色體級基因組圖譜。

此外，這項研究還揭示了十字花科植物中GSLs多樣性的進化機制，為理解植物如何適應不同環境並發展出多樣化的防禦機制提供了新的見解。

對西蘭花的全面基因組分析揭示了產生芥子油苷 (GSL) 的遺傳基礎，芥子油苷因其健康優勢（例如抗癌特性）而聞名。研究人員建構了高品質的染色體水平基因組，並找出了負責 GSL 合成的必需基因。這項研究為後續的基因研究和營養成分改善的蕓薹屬作物的種植提供了寶貴的知識，為增強這些常見蔬菜的健康益處奠定了基礎。

西蘭花以其健康益處而聞名，主要是因為其豐富的芥子油苷 (GSL) 含量，具有抗癌和抗氧化特性。儘管對蕓薹屬物種進行了廣泛的研究，但 GSL 多樣性的遺傳基礎仍不清楚。了解這些機制對於提高西蘭花和相關作物的營養價值至關重要。先前的研究已經鑑定了多種GSL結構，但具體基因及其在GSL生物合成中的作用仍需要進一步探索。解決這些差距對於開發具有增強健康益處的基因改造蕓苔屬作物至關重要。

這份基因組圖譜總數化成文字，檔案大小為613.79Mb，contig N50 （「重疊群N50」，用來評估基因組拼接效果好壞的重要指標）達到14.70Mb，為後續研究奠定了堅實基礎。研究的核心發現是識別出負責合成硫代葡萄糖苷（glucosinolates，簡稱硫苷）的關鍵基因。GSLs是一類以其抗癌和抗氧化特性而著稱的化合物，被認為是西蘭花等十字花科蔬菜健康益處的主要來源。

研究團隊發現，一個名為甲基硫代烷基丙二酸合成酶1（methylthioalkylmalate synthase 1，簡稱BoMAM1）的基因在GSLs的生物合成中扮演著關鍵角色。透過基因工程技術使BoMAM1過度表達，研究人員成功地顯著增加了西蘭花中「C4型十字花科硫苷」（C4-GSLs）的積累。這一發現不僅揭示了GSLs合成的遺傳機制，也為未來透過基因編輯技術提高蔬菜營養價值提供了可能性。

研究表明，西蘭花中 BoMAM1 的過度表達顯著增加了 C4-GSL 的積累，凸顯了其在 GSL 生物合成中的重要作用。此外，該研究也深入了解了不同蕓薹屬物種之間 GSL 圖譜多樣性的演化機制。這些發現提供了對影響 GSL 生產的遺傳因素的全面了解，這對於未來的遺傳研究和開發具有增強營養特性的蕓薹屬作物至關重要。

該研究的通訊作者王俊偉（Junwei Wang）博士表示：「我們的發現為全面了解影響西蘭花GSLs生物合成的遺傳因素提供了基礎。這對未來的遺傳改良和提高十字花科作物的營養價值至關重要。」

Science重磅：哈佛科學家在西蘭花中找到抗癌物質

其實，早在2019年6月10日，國際頂尖學術期刊《科學》（Science）雜誌上刊登了一篇重磅論文。由哈佛大學科學家領銜的一支科研團隊發現，西蘭花等十字花科植物中的一種天然分子可以抑制腫瘤生長。

癌症的發病有很多種原因，其中很多病例的背後是基因突變。如果致癌基因發生突變，變得過於活躍，就會驅動癌症的發生。同理，如果抑癌基因發生突變，失去功能，也一樣會促進癌症的發展。

在諸多抑癌基因中，PTEN是人類癌症裡最常發生突變的基因之一。一旦它的功能受到影響，就會損害人體的抑癌能力。先前的研究也證實了這一點：人們發現，在癌細胞裡，PTEN蛋白水平有著明顯降低。

科學家們在小鼠模型和人類細胞中，做了一系列的實驗。通過免疫沉澱和質譜分析，他們發現一種叫做WWP1的E3泛素連接酶會與PTEN蛋白直接結合。而通過給PTEN蛋白添加泛素，WWP1能夠阻礙PTEN的雙聚化和膜定位，從而影響它的抑癌功能。

WWP1在包括前列腺癌、乳腺癌、以及肝癌等多種癌症裡，都會出現過表達的現象。這也再次證實它在癌症發病中扮演了重要的角色。

順著這個發現，科學家們很自然地想到，如果能抑制WWP1的功能，或許就能解放PTEN，讓它重新恢復對癌症的抑制。通過分析WWP1的結構，並輔以模擬計算，科學家們發現一種叫做「吲哚-3-甲醇」（indole-3-carbinol，I3C）的天然化合物能有效抑制WWP1的功能，而I3C在西蘭花等十字花科植物中非常普遍。

「我們發現了一個驅動癌症發展的重要成員，」本研究的通訊作者，哈佛醫學院的Pier Paolo Pandolfi教授說道：「而這個酶能夠被西蘭花和其他十字花科中的一種天然化合物所抑制。」

這項研究在發表後，引來了許多關注。而《科學》雜誌也特地為其撰寫專題報導，介紹這一發現的潛在應用價值。

本研究的第一作者Yu-Ru Lee博士強調：「來源於西蘭花的分子」能夠抑制癌症，並不代表「吃西蘭花」就能預防癌症。如果要按等量換算，要達到潛在的抗癌效果，每天大概要生食將近6斤十字花科的蔬菜，這顯然並不現實。

也正如Pandolfi教授所言，這一研究的意義，不在於「多吃西蘭花」，而在於揭示了一條重要的信號通路，且提供了一個被證實的抗癌靶點。

英文鏈接：Scientists Crack the Code on Broccoli’s Health Benefits