啤酒花是重要的經(jīng)濟(jì)作物。萜類化合物賦予啤酒獨(dú)特的香氣，α-苦味酸賦予啤酒標(biāo)志性的苦味。雖然α-苦味酸的上游合成途徑早已被解析，其催化最后一步反應(yīng)的關(guān)鍵酶，α-苦味酸合成酶（BAS）候選基因也在十余年前被提出，但其具體功能一直未得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)。
針對這一長期懸而未決的科學(xué)問題，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所王國棟研究組，在系統(tǒng)整合前期研究成果的基礎(chǔ)上，開發(fā)了能夠區(qū)分手性α-苦味酸（6S型與6R型）的高靈敏度LC-MS檢測方法。研究發(fā)現(xiàn)，啤酒花腺毛中主要積累的是6S型α-苦味酸。其前體脫氧α-苦味酸在空氣中易發(fā)生自氧化反應(yīng)，生成6S型與6R型混合的消旋體，這一化學(xué)反應(yīng)長期以來干擾了α-苦味酸合成酶的功能鑒定。
在成功解決這一關(guān)鍵技術(shù)難題后，研究團(tuán)隊(duì)利用建立的酵母異源表達(dá)體系，對十余個候選基因進(jìn)行了系統(tǒng)驗(yàn)證，最終確定HlMO18基因（即此前假定的HS1）能夠特異性催化脫氧α-苦味酸的氧化反應(yīng)，主要生成6S型α-苦味酸。研究還鑒定出了影響酶活性的關(guān)鍵氨基酸位點(diǎn)。更深入的機(jī)制分析顯示，6S型α-苦味酸合成酶可與上游催化酶形成代謝復(fù)合體，這一發(fā)現(xiàn)解釋了啤酒花腺毛中6S型α-苦味酸的特異性積累機(jī)制。
該研究不僅完整解析了啤酒花中α-苦味酸的生物合成途徑，也為啤酒釀造產(chǎn)業(yè)提供了重要的技術(shù)支撐。課題組已經(jīng)完成酒花中三種主要風(fēng)味化合物的代謝途徑解析。下一步將基于工業(yè)酵母底盤，運(yùn)用合成生物學(xué)策略，開發(fā)無需依賴啤酒花原料、卻具備啤酒花風(fēng)味的“Hoppy Beer”。此舉既能有效降低生產(chǎn)成本，又能進(jìn)一步提升啤酒風(fēng)味的“個性化”品質(zhì)，為啤酒產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新提供新方向。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《植物通訊》（Plant Communications）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中國博士后科學(xué)基金的支持。
論文鏈接
科學(xué)家解析啤酒花生成手性α-苦味酸分子機(jī)制
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