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港大成功透過遺傳工程 提升番茄抗氧化功效
14/11/2017


蔡美蓮教授(中)率領研究團隊,成功透過遺傳工程提升番茄抗氧化功效。左王明福博士,右為廖攀博士。

(左起)王明福博士,蔡美蓮教授及廖攀博士展示在試管中的對照組及過量表達S359A的番茄果實中的類胡蘿蔔素提取物。

香港大學(港大)生物科學學院與法國科學研究中心植物分子生物學研究所(斯特拉斯堡)合作,成功研發出一種新技術,能大幅提升番茄果實中對人體健康有益的維他命E含量至近6倍,而β-胡蘿蔔素和番茄紅素含量亦倍增,從而大大提升番茄的抗氧化功效。

研究人員透過遺傳工程,以3-羥基-3-甲基戊二醯輔酶A合成酶蛋白(HMGS)來調控植物中的異戊二烯合成途徑。當HMGS在番茄中過量表達時,不僅可以增加能降低人體血液膽固醇的「植物甾醇」和一種保護皮膚及用於皮膚保濕霜的天然產物「角鯊烯」含量,以及β-胡蘿蔔素和番茄紅素含量,還能提高維他命E(α-生育酚)含量494%,大大提升番茄的抗氧化功效(表1;圖1)。

表 1過量表達S359A的番茄果實中β-胡蘿蔔素、番茄紅素、維他命E(α-生育酚)、角鯊烯和植物甾醇含量,與對照組比較顯著增加

Table 1c

編碼這個HMGS蛋白的DNA來源於一種可食用的作物,芥菜(印第安芥),其葉、莖和種子可食用,而種子還可用於生產植物油。港大生物科學學院研究團隊早前的實驗結果表明, 當HMGS蛋白內的第359位氨基酸,從絲氨酸改變成了丙氨酸,蛋白的酶活性便大大增加了10倍; 在與芥菜同屬十字花科的模式植物擬南芥中,過量表達來自芥菜的HMGS 突變型蛋白(S359A)時,提高了植物甾醇的含量。

現在,研究人員將HMGS 突變型(S359A)在農作物番茄中過量表達。研究發現過量表達S359A的番茄果實雖然在外觀和大小方面沒有變化,但類胡蘿蔔素包括β-胡蘿蔔素和番茄紅素分別顯著提高了169% 和 111%。如圖1所示,過量表達S359A的番茄果實的類胡蘿蔔素提取物的顏色明顯較對照組深色。同時,類胡蘿蔔素提取物的抗氧化活性,較對照組高出89.5% 至96.5%(圖2)。除了類胡蘿蔔素,維他命E(α-生育酚)、角鯊烯和總植物甾醇含量也如上述表1所指出,分別提高了494%, 210% 和94%。以上這些現象是由異戊二烯生物合成途徑中的一些基因的表達上升所導致。

圖1過量表達S359A的番茄果實中類胡蘿蔔素提取物(右)顯示比對照組(左)更深顏色及更高類胡蘿蔔素(β-胡蘿蔔素和番茄紅素)含量。S359A-1 和S359A-2 是兩個獨立的S359A番茄株系,以確認研究結果。

圖1過量表達S359A的番茄果實中類胡蘿蔔素提取物(右)顯示比對照組(左)更深顏色及更高類胡蘿蔔素(β-胡蘿蔔素和番茄紅素)含量。S359A-1 和S359A-2 是兩個獨立的S359A番茄株系,以確認研究結果。

圖2 抗氧化活性分析表明,過量表達S359A番茄,在成熟時(即受粉後57天),果實中的類胡蘿蔔素(紅色及深紅色線)的抗氧化活性高於對照組(藍色線)。S359A-1 和S359A-2 是兩個獨立的S359A番茄株系。在此研究中,抗氧化活性是透過清除1,1-二苯基-2-苦基肼中自由基(又稱游離基)的能力來顯示。

圖2 抗氧化活性分析表明,過量表達S359A番茄,在成熟時(即受粉後57天),果實中的類胡蘿蔔素(紅色及深紅色線)的抗氧化活性高於對照組(藍色線)。S359A-1 和S359A-2 是兩個獨立的S359A番茄株系。在此研究中,抗氧化活性是透過清除1,1-二苯基-2-苦基肼中自由基(又稱游離基)的能力來顯示。

率領今次研究的蔡美蓮教授說:「在農作物中提升對健康有益物質的含量是一個非常重要的研究領域」。同時,蔡教授強調其研究隊伍這項新的研究成果,與黃乾利博士及黃辛烱僖女士設立植物生物技術學教授席的目標是一致的,就是希望運用植物生物技術,締造可持續的未來。「如果港大這項最新的技術能夠推廣應用在各類食物如果實和蔬菜中,上述有益的成分將有望提升人類、家畜及水產養殖生物日常飲食的營業價值」。王明福博士說:「植物甾醇、維他命E和類胡蘿蔔素含量增加了的提取物還能用於生產抗衰老面霜和防曬乳液,因為這些化合物具有非常好的抗炎和抗氧化活性」。

過量表達S359A的番茄果實在外觀和大小方面沒有變化。

過量表達S359A的茄果實在外觀和大小方面沒有變化。

此研究項目得到黃乾利辛烱僖基金,香港研究資助局(AoE/M-05/12)和創新科技署創新科技基金(香港國家重點實驗室夥伴實驗室計劃)資助,由生物科學學院黃乾利辛烱僖基金教授(植物生物技術學)蔡美蓮教授率領,主要成員包括另外兩位港大生物科學學院成員,包括蔡教授的學生、現任港大博士後研究員廖攀,以及副教授王明福博士,還有來自法國科學研究中心植物分子生物學研究所(斯特拉斯堡)的Thomas J. Bach 教授。此研究成果相關的學術論文剛在國際期刊Plant Biotechnology Journal發表,詳見http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.12828/full

蔡美蓮教授(左)及廖攀博士。

蔡美蓮教授(左)及廖攀博士。

有關黃乾利辛烱僖基金教授席 (植物生物技術學)之詳情,請瀏覽 :
http://www.daao.hku.hk/ephku/cn/Professorship-Detail/27-Wilson-And-Amelia-Wong-Professorship-In-Plant-Biotechnology.html 

有關是次研究的講義,請按此

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