Only Perception: 植物氣味密碼中研院破解

2010-02-13

植物氣味密碼中研院破解

【朱立群／台北報導】2010-02-13 中國時報

薄荷葉香氣怡人，但過去從未有人探索這款香味產生的機制。中研院昨天宣布破解植物的「氣味密碼」，未來利用基因工程操縱兩個關鍵的蛋白質，大量製作天然香味驅蟲劑或催情香水，只需一周即可搞定。

這兩種蛋白分別扮演「催化」與「調控」的角色，兩者無色無味，只需稍加修飾，就能製造各種氣味。

由中研院副院長王惠鈞與台大生化所研究團隊應用Ｘ光繞射技術定位上述二蛋白質分子的三度空間結構，清楚看出「調控」蛋白壓縮「催化」蛋白，在後者身上「擠」出小房間讓植物天然化合物進駐，成為培養氣味的溫床。

研究成果日前登上植物科學領域排名第一的《植物細胞》（Plant Cell）期刊，論文第一作者、中研院生化所研究助理張道欣表示，學界過去只知上述兩種蛋白必須存在植物才能產生氣味，但並不知蛋白彼此之間的作用機制。

美國華盛頓州立大學兩年半前邀請中研院與台大合作研究薄荷，提供我方控制催化蛋白與調控蛋白的基因。張道欣等人利用大腸桿菌培養可以表現這兩種基因的蛋白質，並藉由Ｘ光繞射做出蛋白質的三Ｄ立體結構，進而觀察蛋白質之間的互動。

張道欣說，兩種蛋白結合之後，調控蛋白會上前擠壓催化蛋白，在這過程中，團隊成員加入萃取或合成而來的已知植物天然化合物，發現當催化蛋白受擠壓而僅剩一個化合物分子大小的空間時，氣味的「先遣部隊」開始組織起來。

在催化蛋白內有限的空間裡，各類化合物結合成「二異戊二烯焦磷酸」，張道欣指出，此前趨物質是後續氣味形成的基礎，後續再經修飾，就能依照研究者的期望創造出各式氣味。

這個研究證實利用基因工程培養出來的蛋白質，也能製造植物天然散發的氣味，而且所需時間比分子合成技術縮短十二倍（三個月vs.一周）。張道欣說，這些蛋白與氣味都跟天然的一模一樣，未來應用在香水、除蟲劑或芳香療法的開發，可避免人工添加物可能衍生的健康風險。

◆ 催化植物香味找到關鍵酵素

【聯合報╱記者蔡永彬／台北報導】2010.02.13

由中央研究院副院長王惠鈞所領導、中研院生物化學研究所和台灣大學生化科學研究組成的研究團隊，發現產生植物香味的合成酵素結構，上周刊登在美國植物學專業期刊「The Plant Cell」（植物細胞）。未來可以應用在香料的開發或大量生產，降低成本。

論文的第一作者，中研院生物化學研究所研究助理張道欣比喻，植物香味的產生途徑，像工廠的生產線，例如，桌子、椅子、櫃子都是從原木製造，只是經過不同的工匠、不同的裁切琢磨，就變成不同的家具。蘭花、薄荷等等植物也一樣，也是「前驅物質」經由不同酵素的催化、「雕塑」，就變成不同的氣味。

研究團隊利用薄荷，發現薄荷香味是由「催化蛋白質」、「調控蛋白質」交互作用，再經植物中的酵素「雕塑」和後續的化學反應合成產生。研究團隊表示，這十幾年來，對於植物氣味根源的研究進展不多，他們發現「二異戊二烯焦磷酸」就是植物味道產生的「前驅物質」，有的植物利用一種酵素催化它，就可以飄出花香，例如蘭花；至於薄荷、啤酒花等就必須透過兩種酵素作用才能達成。

植物氣味本身具多種意義，除吸引昆蟲播粉幫助繁衍外，在防範病原體、植物間彼此溝通等層面也扮演重要角色。王惠鈞的研究團隊發現氣味源頭物質，他們認為極具代表性。根據這項發現，研究團隊未來將透過遺傳工程學方法，試圖利用細菌、真菌等便宜的低等生物取代現行用來萃取香料的植物，開發或大量生產香料，預計半年後會有進一步成果。

※ 相關報導：

＊ Structure of a Heterotetrameric Geranyl Pyrophosphate Synthase from Mint (Mentha piperita) Reveals Intersubunit Regulation
http://www.plantcell.org/cgi/content/abstract/tpc.109.071738v1

Tao-Hsin Chang, Fu-Lien Hsieh, Tzu-Ping Ko, Kuo-Hsun Teng,
Po-Huang Liang, and Andrew H.-J. Wang
Plant Cell Advance Online Publication
Published on February 5, 2010;
doi: 10.1105/tpc.109.071738
（本論文開放存取）