揪團工作的三萜類合成
為了抵禦外侮，植物就像一個天然的化學工廠，能製造出各種有用的物質。這些物質幫助植物對抗各種害蟲與病菌的「侵略」，對植物來說非常重要。當然，後來人類發現這些化合物很好用，這又是另一個故事了。
最近有一個研究團隊，對植物如何生產其中一類重要的化合物 - 三萜類（triterpenes）特別感興趣。
三萜類物質是什麼？這類物質在我們生活中很常見，如近幾年很受歡迎的無患子（Sapindus saponaria）就是因為有「無患子皂苷（Sapindoside A、B、C、D、E）」這種三萜類化合物，成為廣泛使用的天然清潔劑。許多中藥材的有效成分也都是三萜類，如人參皂苷也屬於三萜類。
研究團隊主要是想要透過研究一個叫OSC的「關鍵酵素」以及它附近的基因，來了解植物的三萜類合成。
OSC的全名是「氧化鯊烯環化酶」（Oxidosqualene cyclases），主要負責將2,3-氧化鯊烯環化為各種類型的三萜類化合物骨架，是植物體內固醇類和三萜類合成的關鍵酵素。
透過OSC合成的產物包括重要的細胞膜成分的環化蒽醇（cycloartenol）（固醇類）、β-香樟醇（β-amyrin）、羽扇烯（lupeol）以及一些特殊的三萜類，如thalianol、friedelin等。可以說，OSC負責生產各種三萜類物質，就像一個多才多藝的工匠一樣。
從上面那些化合物的種類可以看出，OSC對於植物生長發育以及抵抗生物和非生物脅迫都很重要。另外，許多OSC產物具有藥用價值，如抗炎、抗癌等，是天然藥物開發的重要來源。
所以，理解OSC的功能，除了有助於了解植物如何合成重要的次級代謝產物，還能開發新的醫藥資源、改良作物抗性。
為了要研究OSC，研究團隊選擇了122種不同的植物，除了觀察它們的OSC基因，也觀察它們周圍的基因。它們包含了65個超薔薇類植物 （Superrosids，包括薔薇科、葫蘆科、豆科等）、22個超菊類植物 （Superasterids）、5個基部真雙子葉植物 （Basal eudicots）、23個單子葉植物 （Monocots，包括禾本科）、4個木蘭類植物 （Magnoliids）以及3個基部被子植物 （Basal angiosperms），包括了無油樟（Amborella trichopoda），這個所有現存開花植物的姊妹群。這個物種選擇涵蓋了被子植物的主要進化支，使研究結果具有較好的代表性。
為什麼要研究OSC周圍的基因呢？那是因為，生物體為了調節功能方便，常會將負責同一個工作的基因「團隊」放在一起。所以，要了解一個基因，一定也要看看他附近的其他基因。有沒有像人呢？我們也常說「物以類聚，人以群分」不是嗎？
研究團隊發現，不同植物的「OSC工作團隊」組合不一樣。例如十字花科植物（如阿拉伯芥）的OSC團隊，就包括了CYP705 、CYP708 與BAHD-AT，它們會生產如thalianol這種特殊的三萜類物質；而葫蘆科植物（如黃瓜、西瓜）的OSC團隊則包括了CYP87與BAHD-AT，幫這些瓜瓜生產葫蘆素（cucurbitacin）這種苦味物質來抵抗蟲害。
有趣的是，有些科的植物的團隊很穩定，幾乎不變；有些則經常改變「工作夥伴」。穩定的團隊（變化慢）如薔薇科，保留了很多古老的基因組合（accC、ISA、CYP73A），而且竟然還和最原始的無油樟（基部被子植物）的基因組合相似！這種保守性說明，這個組合可能對薔薇科植物很重要。
相對的，如十字花科植物的OSC團隊就經常變化。特別是和CYP705、CYP708的新組合，讓它們能產生新的防禦物質。另外葫蘆科植物的OSC團隊變化也很快，這使得它們能夠生產葫蘆素，而且不同葫蘆科植物之間的OSC團隊組合也有差異！黃瓜 （Cucumis sativus）、西瓜 （Citrullus lanatus）、哈密瓜 （Cucumis melo）具有完整的葫蘆素合成基因簇，包含了OSC、CYP87、BAHD-AT，能生產葫蘆素；相對的，南瓜（C. maxima）的OSC區域缺少CYP87和BAHD-AT，當然它合成葫蘆素的能力就一定會受到影響。
這些差異，造就了植物界豐富的化學物質多樣性，也解釋了為什麼不同植物能產生不同的有用物質。當然，這種差異也反映了植物演化策略的多樣性：有些植物選擇穩定的「老配方」，有些植物則不斷嘗試「新配方」，而兩種策略都能讓植物成功生存，無所謂好與壞。
透過研究OSC，我們可以更進一步地理解植物如何製造有用的物質。而這些研究成果可以幫助我們培育更好的藥用植物、開發新的天然藥物，當然也可以幫助農民培育更能夠抵抗病蟲害的農作物。
這就像是破解了植物的「製藥秘方」，讓我們更了解大自然的智慧！
參考文獻：
Li, H., Li, J., Li, X., Li, J., Chen, D., Zhang, Y., Yu, Q., Yang, F., Liu, Y., Dai, W., Sun, Y., Li, P., Schranz, M. E., Ma, F., & Zhao, T. (2024). Genomic investigation of plant secondary metabolism: insights from synteny network analysis of oxidosqualene cyclase flanking genes. New Phytologist. doi: 10.1111/nph.20357
