科学家发现西兰花抗癌关键基因(图)

西兰花抗癌基因被发现， 未来蔬菜或更营养。（图片来源：Adobe stock）

【看中国2024年7月3日讯】（看中国记者杨天姿编译/综合报导）最近科学家对西兰花抗癌特性的研究又获得重大突破，为培育更具营养价值的十字花科蔬菜品种开辟了新途径。

科学家发现西兰花抗癌关键基因

7月2日，每日科技网（scitechdaily）报导，近日发表在《园艺研究》（Horticulture Research）期刊上的研究，首次对西兰花（台湾称花椰菜）进行了全面的基因组分析。中国湖南农业大学的研究团队利用先进的太平洋生物科学公司（PacBio）HiFi测序和Hi-C技术，成功绘制出高品质的西兰花染色体级基因组图谱。

此外，这项研究还揭示了十字花科植物中GSLs多样性的进化机制，为理解植物如何适应不同环境并发展出多样化的防御机制提供了新的见解。

对西兰花的全面基因组分析揭示了产生芥子油苷 (GSL) 的遗传基础，芥子油苷因其健康优势（例如抗癌特性）而闻名。研究人员建构了高品质的染色体水平基因组，并找出了负责 GSL 合成的必需基因。这项研究为后续的基因研究和营养成分改善的芸薹属作物的种植提供了宝贵的知识，为增强这些常见蔬菜的健康益处奠定了基础。

西兰花以其健康益处而闻名，主要是因为其丰富的芥子油苷 (GSL) 含量，具有抗癌和抗氧化特性。尽管对芸薹属物种进行了广泛的研究，但 GSL 多样性的遗传基础仍不清楚。了解这些机制对于提高西兰花和相关作物的营养价值至关重要。先前的研究已经鉴定了多种GSL结构，但具体基因及其在GSL生物合成中的作用仍需要进一步探索。解决这些差距对于开发具有增强健康益处的基因改造芸苔属作物至关重要。

这份基因组图谱总数化成文字，档案大小为613.79Mb，contig N50 （“重叠群N50”，用来评估基因组拼接效果好坏的重要指标）达到14.70Mb，为后续研究奠定了坚实基础。研究的核心发现是识别出负责合成硫代葡萄糖苷（glucosinolates，简称硫苷）的关键基因。GSLs是一类以其抗癌和抗氧化特性而著称的化合物，被认为是西兰花等十字花科蔬菜健康益处的主要来源。

研究团队发现，一个名为甲基硫代烷基丙二酸合成酶1（methylthioalkylmalate synthase 1，简称BoMAM1）的基因在GSLs的生物合成中扮演着关键角色。透过基因工程技术使BoMAM1过度表达，研究人员成功地显著增加了西兰花中“C4型十字花科硫苷”（C4-GSLs）的积累。这一发现不仅揭示了GSLs合成的遗传机制，也为未来透过基因编辑技术提高蔬菜营养价值提供了可能性。

研究表明，西兰花中 BoMAM1 的过度表达显著增加了 C4-GSL 的积累，凸显了其在 GSL 生物合成中的重要作用。此外，该研究也深入了解了不同芸薹属物种之间 GSL 图谱多样性的演化机制。这些发现提供了对影响 GSL 生产的遗传因素的全面了解，这对于未来的遗传研究和开发具有增强营养特性的芸薹属作物至关重要。

该研究的通讯作者王俊伟（Junwei Wang）博士表示：“我们的发现为全面了解影响西兰花GSLs生物合成的遗传因素提供了基础。这对未来的遗传改良和提高十字花科作物的营养价值至关重要。”

Science重磅：哈佛科学家在西兰花中找到抗癌物质

其实，早在2019年6月10日，国际顶尖学术期刊《科学》（Science）杂志上刊登了一篇重磅论文。由哈佛大学科学家领衔的一支科研团队发现，西兰花等十字花科植物中的一种天然分子可以抑制肿瘤生长。

癌症的发病有很多种原因，其中很多病例的背后是基因突变。如果致癌基因发生突变，变得过于活跃，就会驱动癌症的发生。同理，如果抑癌基因发生突变，失去功能，也一样会促进癌症的发展。

在诸多抑癌基因中，PTEN是人类癌症里最常发生突变的基因之一。一旦它的功能受到影响，就会损害人体的抑癌能力。先前的研究也证实了这一点：人们发现，在癌细胞里，PTEN蛋白水平有着明显降低。

科学家们在小鼠模型和人类细胞中，做了一系列的实验。通过免疫沉淀和质谱分析，他们发现一种叫做WWP1的E3泛素连接酶会与PTEN蛋白直接结合。而通过给PTEN蛋白添加泛素，WWP1能够阻碍PTEN的双聚化和膜定位，从而影响它的抑癌功能。

WWP1在包括前列腺癌、乳腺癌、以及肝癌等多种癌症里，都会出现过表达的现象。这也再次证实它在癌症发病中扮演了重要的角色。

顺着这个发现，科学家们很自然地想到，如果能抑制WWP1的功能，或许就能解放PTEN，让它重新恢复对癌症的抑制。通过分析WWP1的结构，并辅以模拟计算，科学家们发现一种叫做“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在西兰花等十字花科植物中非常普遍。

“我们发现了一个驱动癌症发展的重要成员，”本研究的通讯作者，哈佛医学院的Pier Paolo Pandolfi教授说道：“而这个酶能够被西兰花和其他十字花科中的一种天然化合物所抑制。”

这项研究在发表后，引来了许多关注。而《科学》杂志也特地为其撰写专题报导，介绍这一发现的潜在应用价值。

本研究的第一作者Yu-Ru Lee博士强调：“来源于西兰花的分子”能够抑制癌症，并不代表“吃西兰花”就能预防癌症。如果要按等量换算，要达到潜在的抗癌效果，每天大概要生食将近6斤十字花科的蔬菜，这显然并不现实。

也正如Pandolfi教授所言，这一研究的意义，不在于“多吃西兰花”，而在于揭示了一条重要的信号通路，且提供了一个被证实的抗癌靶点。

英文链接：Scientists Crack the Code on Broccoli’s Health Benefits