Introduction
辣木及十字花科中含有丰富的营养物质和生物活性化合物，包括硫代葡萄糖苷及其次生代谢产物异硫氰酸酯（ITCs）等，已被证明可降低发生部分非传染性疾病的风险。
云南农业大学田洋教授课题组系统地阐述了辣木及十字花科植物中异硫氰酸酯的生物活性、生物利用度、生物合成途径及提高物种中异硫氰酸酯产量的分子生物学方法的国内外相关领域研究进展。
图1 辣木及十字花科植物中异硫氰酸酯在人类医学领域的生物活性机制
图2 辣木异硫氰酸酯的生物合成途径
Note: BCAT4/BCAT3, branched-chain amino acid aminotransferase; MAM1/MAM3, methylthioalkylmalate synthase; CYP79F1/CYP79A2/CYP83A1/CYP83B1, cytochrome oxidase; SUR1, S-alkyl-thiohydroximate lyase; UGTs, N-hydroxythioamide S-beta-glucosyltransfer-ase; ST5, desulfoglucosinolate sulfotransferase; MYR, myrosinase. In addition, green represents sulforaphane biosynthetic pathway, orange represents MIC-1 biosynthetic pathway, and blue represents the shared pathway.
表1 黑芥子酶的异源表达
Conclusion
辣木及十字花科中的硫代葡萄糖苷及其次生代谢产物异硫氰酸酯（ITCs）等的含量不能满足现代需求。由于植物体内ITCs生物合成途径冗长，其全合成是具有挑战性的。因此，利用合成生物学策略进行ITCs的异源生物合成在解决其供应问题方面具有很大的潜力。近几十年来，在微生物异种生产生物活性化合物如类胡萝卜素方面取得了重大进展。ITCs的生物合成途径已被广泛阐明，并在这些途径中发现了许多酶。BCATs、MAMs、CYP、GST、UGT、SOT和MYR是ITCs 生物合成的关键分子。一些蛋白质，如黑芥子酶，表现出广泛的底物多样性和高催化活性。通过基因组学、转录组学、代谢组学分析和生化表征，许多这样的酶已经被鉴定。
展望未来，ITCs生物合成相关酶新来源的筛选和已知酶的定向进化研究有助于提高关键产物的产量。在对ITCs生物合成关键酶基因鉴定及其途径深刻解析的基础上，对植物活性成分的固有途径进行转移、重构与工程化。通过获得具特定功能的氨基酸或核苷酸序列、构建目的基因重组质粒、选择大肠杆菌或酵母菌等作为底盘细胞、得到产目标产物的工程菌并对其进行发酵和工艺优化，最终期望得到高产ITCs的工程菌株，这为利用合成生物学实现ITCs的高产开辟了新途径，为其实现完整生物合成与规模化奠定理论基础，推动未来实现ITCs的工业化生产。
作者简介
第一作者
郭紫玉，云南农业大学食品科学技术学院2022级硕士研究生，以第一作者身份在Food & Medicine Homology，现代食品科技等期刊发表学术论文2篇。
通讯作者
田洋，教授，博士生导师，长期从事食药同源资源加工与高值化利用研究，围绕辣木、核桃、三七、铁皮石斛等生物资源，在组学数据解析与品质形成机理、功能组分与功效机制、加工理论与技术创新等领域取得系列创新性成果，构建营养健康导向的食药同源资源设计加工与高值化利用技术体系，为食药同源资源高值化开发利用提供新策略。主持建立食药同源资源开发与利用教育部工程研究中心等科研平台，获国家现代农业产业技术体系辣木产品加工岗位科学家，神农青年英才支持计划，云南省“兴滇英才支持计划”产业创新人才，云南省“兴滇英才支持计划”食药同源功能食品创新团队，云南省中青年学术和技术带头人，云南省青年科技奖，中国食品科学技术学会杰出青年奖等。主持国家自然科学基金及省重大科技专项等10余项；发表学术论文210余篇，以第一或通讯作者在Trends in Food Science & Technology、Food Hydrocolloids、International Journal of Biological Macromolecules等国际知名期刊发表SCI论文50余篇，授权国家专利65件，制定国家或行业标准6项，出版著作或教材6部；荣获云南省科技进步一等奖1项，三等奖2项，梁希林业科学科技进步三等奖1项，云南省教学成果二等奖1项。
通讯作者
刘佳，女，云南昆明人，博士。主要从事药食两用资源中活性成分的生物合成研究，聚焦生物合成途径解析，开展理论研究、技术创新、产业应用。主持云南省基础研究项目2项，教育厅项目1项，参与国家自然科学基金项目2项。在《Journal of Agricultural and Food Chemistry》、《PeerJ》、《Pharmacognosy Magazine》、《Planta》、《Protein Expression and Purification》、《现代食品科技》、《食品工业科技》、《食品质量检测学报》等期刊发表论文20余篇，其中SCI收录10篇，获云南农业大学“先进个人”称号。
论文网址
https://www.sciopen.com/article/10.26599/FMH.2025.9420060