编辑推荐：
为探究葱（Allium fistulosum）和洋葱（Allium cepa）辛辣味差异及 isoalliin 生物合成机制，研究人员评估 53 份葱和 31 份洋葱材料的辛辣度，研究 AfGGTs 功能。结果发现葱更辛辣，AfGGT1 可催化生成 S-1-propenyl-L-cysteine 。该研究为调控葱蒜风味提供理论依据。
在蔬菜的世界里，葱和洋葱凭借独特的辛辣风味占据着重要地位。它们不仅是餐桌上常见的食材，为各种美食增添独特的味道，还在传统医学和现代健康研究中展现出诸多益处，像具有抗菌、抗氧化、抗炎等功效。然而，关于葱和洋葱辛辣味的形成机制，一直存在诸多谜团。以往研究虽对大蒜中风味物质的代谢途径有了较为清晰的认识，但葱和洋葱中 isoalliin（一种葱属植物特有的风味前体物质）的生物合成机制却知之甚少，γ- 谷氨酰转肽酶（GGT）在其中的作用也不明确。这些知识空白严重阻碍了对葱蒜风味的深入理解和精准调控，也限制了相关作物品质改良的研究进展。为了揭开这些谜团，北京市农林科学院蔬菜研究所的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Food Chemistry: Molecular Sciences》上，为我们理解葱蒜风味的形成机制带来了新的曙光。
研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。在植物材料选取上，收集了 53 份葱和 31 份洋葱自交系，以及 7 种市售洋葱品种。测定丙酮酸含量时，采用改进的比色法。研究基因功能时，运用基因克隆、qRT-PCR 技术分析基因表达，通过在酵母中的异源表达获取蛋白用于酶活性检测，还利用 HPLC 和 LC-MS 分析催化产物，借助分子对接探索蛋白与底物的相互作用。
在研究结果部分，首先是辛辣度评估。研究人员通过测定丙酮酸含量来评估葱和洋葱的辛辣度，因为丙酮酸含量与辛辣强度呈正相关。结果显示，不同样本间丙酮酸含量差异显著。葱的 B13 和 B53 品种丙酮酸含量较高，而 B41 - B45 和 B52 较低；洋葱的 Y23 和 Y24 组最高，Y1 和 Y28 最低。整体上，葱的丙酮酸含量显著高于洋葱，且葱的鳞茎中丙酮酸含量高于叶片，洋葱则是从外层到内层丙酮酸含量逐渐增加。
接着是 GGT 的系统发育分析。构建系统发育树后发现，GGTs 分为四个不同簇，植物中的 GGTs 又分为两个亚组。葱、洋葱和大蒜的 GGTs 进化关系密切，其中 AfGGT1 和 AfGGT2 分别与 AsGGT1 和 AsGGT2 最接近，AfGGT3 与 AcGGT 关系最近，但与其他两个 AfGGT 变体关系较远。
然后是 AfGGTs 的酶功能及催化产物分析。以 γ- 谷氨酰 - S-1 - 丙烯基半胱氨酸为底物进行实验，HPLC 分析显示，AfGGT2 和 AfGGT3 无催化活性，AfGGT1 能催化生成新物质。LC-MS 分析进一步验证，AfGGT1 处理后的样本出现三个吸收峰，推断其催化产物包括戊二酸和两个复合物，其中一个复合物含有 S-1-propenyl-L-cysteine 残基，表明 AfGGT1 可将 γ- 谷氨酰 - S-1 - 丙烯基半胱氨酸转化为 S-1-propenyl-L-cysteine。
之后是 AfGGTs 的表达水平及其与辛辣度的相关性研究。随机选取 20 个样本分析发现，AfGGT1 表达水平较低，但与丙酮酸含量呈强正相关（R2 = 0.6976）；AfGGT2 表达水平较高，与丙酮酸含量相关性较弱（R2 = 0.3193）；AfGGT3 表达水平最低，与丙酮酸含量呈负相关（R2 = 0.0685）。
还有 AfGGT1 的最佳催化条件和酶动力学研究。结果表明，AfGGT1 的最佳催化 pH 为 7，最佳温度为 37°C。在该条件下，其 Km值为 0.2686 mM，Vmax值为 0.0041 abs/min ，呈现典型的米氏动力学特征。
最后是分子对接和结构分析。序列比对和结构预测显示，AfGGT1 和 AfGGT2 结构更相似，AfGGT3 差异较大。分子对接发现，γ- 谷氨酰 - S-1 - 丙烯基半胱氨酸与 AfGGT1、AfGGT2、AfGGT3 的结合构象不同，与 AfGGT1 的结合亲和力最高。
研究结论和讨论部分，研究人员发现葱通常比洋葱更辛辣，葱的鳞茎比叶片辛辣，洋葱则是内层比外层辛辣。AfGGT1 能催化 γ- 谷氨酰 - S-1 - 丙烯基半胱氨酸转化为 S-1-propenyl-L-cysteine，且在 pH 7 和 37°C 时活性最佳，而 AfGGT2 和 AfGGT3 无此催化活性。这一研究成果意义重大，不仅深化了我们对葱和洋葱辛辣味差异的理解，还揭示了葱蒜作物风味化合物的代谢途径，为未来利用分子育种或酶工程定向调控这些作物的风味品质提供了重要的理论基础。不过，目前研究仅通过体外实验验证，存在一定局限性，未来还需借助转基因技术等进一步深入探索葱蒜风味化合物的生物合成和调控机制。
