植物以硫酸根离子的形式吸收硫，合成氨基酸和蛋白质等对人类有用的化合物。十字花科植物合成的含硫代谢物“硫代葡萄糖苷（glucosinolate, GSL）”及其分解产物“异硫氰酸酯”（如萝卜硫素等）不仅具有防止病虫害的作用，还可预防癌症和各种炎症性疾病，因此常被用于功能性食品和营养保健品。
另一方面，硫代葡萄糖苷分子中含有大量硫原子，也被用来储存硫。当植物处于缺硫环境时，硫代葡萄糖苷的分解速度加快，生成的硫酸根离子被用于合成其他对生长至关重要的硫代谢产物。
（供图：九州大学）
九州大学研究生院农学研究院的张柳、丸山明子副教授等人组成的研究团队与日本佐贺大学、丹麦哥本哈根大学合作，发现当缺乏分解硫代葡萄糖苷的黑芥子酶（BGLU28和BGLU30）时，植物生长受到抑制，植物体内硫代葡萄糖苷的分布也会发生变化。相关研究成果已发表在《Plant and Cell Physiology》的在线版上。
研究团队此次制备了缺乏BGLU28和BGLU30的植物变异株，并分别测量了叶片、种子等在缺硫时的硫代葡萄糖苷含量。发现抽苔之前，植株以及荚果、种子和叶片中，硫代葡萄糖苷的含量增加。可以认为是由于硫代葡萄糖苷的分解受到抑制而导致的。令人惊讶的是，抽苔后叶片中的硫代葡萄糖苷会减少。
由于生物合成基因表达没有改变，研究团队分析了是否叶片的输送得到了促进，结果发现实际上在缺硫条件下培养的变异株中向花和荚果部位输送硫代葡萄糖苷都得到受到促进。
研究团队通过分析目前已知的硫代葡萄糖苷运输体GTR和UMAMIT的基因表达，发现在缺硫条件下培养的变异株中，特别是GTR3、UMAMIT30和UMAMIT31的转录产物量出现了增加。
通过使用RNA-seq技术，研究人员分析了BGLU28和BGLU30的缺乏对其他代谢系统的影响，结果显示，分子伴侣蛋白、抗病性相关以及用于乙烯响应的蛋白质的转录产物量发生变化，如果无法分解硫代葡萄糖苷，就会影响到多种生物过程。
根据环境条件和植物发育过程调整代谢产物分布的机制是关于有用的化合物在积累量调控领域的新发现。十字花科的蔬菜中有白菜、卷心菜、油菜、西兰花等多个品种，食用这些蔬菜有望预防疾病。研究团队希望将这一成果应用到调节作物中硫代葡萄糖苷含量的技术中。
张柳介绍说：“我们发现，抑制硫代葡萄糖苷分解会影响缺硫植株内硫代葡萄糖苷的输送，植物可以根据环境变化来优化功能性代谢物的分布，这表明植物拥有超出我们想象的精密调节机制。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Plant and Cell Physiology
论文：Glucosinolate catabolism maintains glucosinolate profiles and transport in sulfur-starved Arabidopsis
DOI：10.1093/pcp/pcad075
