植物以硫酸根離子的形式吸收硫，合成氨基酸和蛋白質等對人類有用的化合物。十字花科植物合成的含硫代謝物「硫代葡萄糖苷（glucosinolate, GSL）」及其分解產物「異硫氰酸酯」（如蘿蔔硫素等）不僅具有防止病害蟲的作用，還可預防癌症和各種發炎性疾病，因此常被用於功能性食品和營養保健品。
另一方面，硫代葡萄糖苷分子中含有大量硫原子，也被用來儲存硫。當植物處於缺硫環境時，硫代葡萄糖苷的分解速度加快，生成的硫酸根離子被用於合成其他對成長至關重要的硫代謝產物。
（供圖：九州大學）
九州大學研究生院農學研究院的張柳、丸山明子副教授等人組成的研究團隊與日本佐賀大學、丹小麥哥本哈根大學合作，發現當缺乏分解硫代葡萄糖苷的黑白芥子酶（BGLU28和BGLU30）時，植物成長受到抑制，植物活體內硫代葡萄糖苷的分佈也會發生變化。相關研究成果已發表在《Plant and Cell Physiology》的線上版上。
研究團隊此次製備了缺乏BGLU28和BGLU30的植物變異株，並分別測量了葉片、種等在缺硫時的硫代葡萄糖苷含量。發現抽苔之前，植株以及莢果、種和葉片中，硫代葡萄糖苷的含量增加。可以認爲是由於硫代葡萄糖苷的分解受到抑制而導致的。令人驚訝的是，抽苔後葉片中的硫代葡萄糖苷會減量。
由於生物合成基因表現沒有改變，研究團隊分析了是否葉片的運送得到了促進，結果發現實際上在缺硫條件下培養的變異株中向花和莢果部位運送硫代葡萄糖苷都得到受到促進。
研究團隊透過分析目前已知的硫代葡萄糖苷運輸體GTR和UMAMIT的基因表現，發現在缺硫條件下培養的變異株中，特別是GTR3、UMAMIT30和UMAMIT31的轉錄產物量出現了增加。
透過使用RNA-seq技術，研究人員分析了BGLU28和BGLU30的缺乏對其他代謝系統的影響，結果顯示，分子伴侶蛋白、抗病性相關以及用於乙烯響應的蛋白質的轉錄產物量發生變化，如果無法分解硫代葡萄糖苷，就會影響到多種生物程序。
根據環境條件和植物發育程序調整代謝產物分布的機制是關於有用的化合物在積累量調控領域的新發現。十字花科的蔬菜中有白菜、高麗菜、油菜、西建蘭等多個品種，食用這些蔬菜有望預防疾病。研究團隊希望將這一成果應用到調節作物中硫代葡萄糖苷含量的技術中。
張柳介紹說：「我們發現，抑制硫代葡萄糖苷分解會影響缺硫植株内硫代葡萄糖苷的運送，植物可以根據環境變化來最適化功能性代謝物的分佈，這表明植物擁有超出我們想像的精密調節機制。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Plant and Cell Physiology
論文：Glucosinolate catabolism maintains glucosinolate profiles and transport in sulfur-starved Arabidopsis
DOI：10.1093/pcp/pcad075
