子計畫二：農業廢棄物再資源化
主持人：黃介辰
團隊成員：李思禹、蔣恩沛、黃皓瑄、張嘉修(成大)
一、子計畫推動重點、成果與特色亮點
本計畫利用發現於培地茅中篩選出的內共生菌Burkholderia sp. 869T2菌株能與香蕉共生，並可抑制病原菌Fusarium oxysporum f. sp. cubense tropical race 4，而在實 際田間試驗中也發現具有降低香蕉黃葉病(Panama disease)發病的效果23。進一步針 對此菌株的基因體分析也得知此菌株具有兩種可能幫助植物生長的代謝物 pyrrolquinoline quinone (PQQ) 及 1-Amino-cyclopropane-1-carboxylicacid deaminase (ACCD)之合成基因群的遺傳編碼。除了抗病與促進生長，亦有研究發現內共生菌 有 助 於 植 物 面 對 如 乾 旱 或 高 鹽 等 非 生 物 性 逆 境 ; 而 內 共 生 菌 Bacillus amyloliquefaciens RWL-1具有產生ABA的能力，可能提升植物對於鹽度耐受性的能 力。因此，透過植物內共生菌分泌一些有益化學物質藉此誘導植物抗病及抗逆境的 能力是一種非常具有發展潛力，且對環境衝擊較小，並可取代傳統育種及基改作物的策略。。
(一)人才培育面向
參與學生人數14人，107年共培育碩士，博士共計11人，延攬研究助理3名，生科系黃介辰、黃皓瑄教授及食生系蔣恩沛教授共同指導「全方位植物內生菌型生物刺激素」團隊，參加科技部主辦「第十七屆國家新創獎」競賽，在上百隊提案隊伍中脫穎而出，榮獲學研新創獎殊榮。
(二)學術研究面向
先前研究成果中，已獲得幾株可促進植物抵抗逆境之菌株，包含抗香蕉黃葉病的Burkholderia sp. 869T2、抗高鹽逆境的Bacillus sp. BP01-R2與Pseudomonas sp. BP02-R8，其分別篩選自培地茅與雲林莞草。國外研究指出，Burkholderia可分泌生物刺激素PQQ，透過定序確認，Burkholderia sp. 869T2為可分泌PQQ之菌株。基於先前研究成果，將纖維素水解酵素用於水解農業廢棄物，分解後產生大量醣類，並結合豆渣，提高氮源以增加培養基適用度，用於PQQ分泌菌株之培養。(三)國際鏈結面向
1.蔣恩沛教授於 2020 年 9 月 22 日與行政院農業委員會臺中區農業改良場、加拿大駐台北貿易辦事處、本校農資學院、本校食生系共同舉辦「2020 臺加全穀豆類營養保健與創新加工國際研討會」。與來自世界各地農業科學領域頂尖學者分享國內農業發展與成果。並擔任該會議學術專刊之編輯、協助專刊出版。會議中擔任 session 主持人，邀請國際學者專題演講。2.蔣恩沛教授於 2020 年 10 月 22~23 日與教育部食品科技產業創新教學推動中心、臺灣海洋大學食科系、臺灣大學食科所、嘉義大學生科院、義守大學生科系、屏科大食科系、澎湖科大食科系、金門大學食科系、本校農資院、食生系共同舉辦「2020 新興跨領域食品生技加值技術研討會」。與來自全國各地產業、學界、研究單位等學者分享食品生技之創新加值技術如何應用在產業界，促成產學研研究成果之鏈結。
(四)研究貢獻面向
1.蔣恩沛教授研究團隊開發「追蹤甘胺酸裂解系統碳源回收利用」。甘胺酸裂解系統是多酶複合物，調節線粒體內甘胺酸分解。新進建立穩定同位素技術平台用於追蹤甘胺酸 1C 代謝反應的動力學。甘胺酸透過線粒體甘胺酸裂解系統脫羧並分解代謝，將標記的 13C 的碳轉移單碳代謝系統中。其設計的標記策略能夠系統性追蹤細胞模式及動物組織當中 13C 的碳轉移偵測此碳單元是否可被利用於細胞質核苷酸及氨基酸及蛋白質生成。還發現當細胞恢復 GNMT 表達會減少經由甘胺酸裂解系統回收的碳。數據顯示 GNMT 表現可能透過甘胺酸裂解系統影響葉酸調節的 1C 代謝，還發現營養供應會影響甘胺酸碳的回收利用率，成功追蹤甘胺酸裂解系統碳流。此創新技術平台研究已刊登於 2020 年 International Journal of Molecular Sciences 期刊 (Tan et al., 2020. Tracing metabolic fate of mitochondrial glycine cleavage system derived formate in vitro and in vivo. International Journal of Molecular Sciences. 21(22): 8808.)。
2.蔣恩沛教授研究團隊開發「追蹤 SAM 骨架合成路徑之 LCMS 平台及其在藥物開發上的應用」。偵測碳源供應及碳流質譜分析平台測試之 LCMS 圖譜 precursor and product ions 分析。圖為 LCMS full scan 光譜圖標準品觀察到不同質譜碎片的分子量 m/z 136, m/z 250 and m/z 298; 右方表格 a) 的實驗是利用 1-13C glucose 同位素追踪探討不同疾病因子對非氧化性戊糖磷酸途徑 (nonoxidative Pentose Phosphate Pathway, PPP) 之腺苷甲硫氨酸代謝影響，實驗結果發現疾病因子 Factor A 會促進非氧化性 PPP 中 glucose 進入 F6P 和 G3P 再貢獻到腺苷甲硫氨酸五元環碳結構。而 Factor B 和 Factor C 則會抑制非氧化性 PPP 中 glucose 進入 F6P 和 G3P 再貢獻到腺苷甲硫氨酸五元環碳結構；表格 b) 為利用 2-13C glucose 同位素追蹤探討不同疾病因子對氧化性 PPP 之腺苷甲硫氨酸代謝影響，發現疾病因子 Factor A, Factor B 及 Factor C 皆不會影響氧化性 PPP 中 glucose 會轉換成 ribose 再合成腺苷甲硫氨酸 (Chiang et al unpublished work)；過去未有研究探討非氧化性和氧化性戊糖磷酸途徑對腺核苷甲硫氨酸生合成影響，此二路徑在癌症、發炎等疾病扮演重要角色。該團隊建立新系統設計以不同的同位素標定追蹤,並透過調整質譜碰撞誘導解離 collision-induced dissociation 能量產生不同質譜碎片，借由不同片段探索來自不同前驅物對腺核苷甲硫氨酸生合成之貢獻。本發明可明確分辨透過嘌呤環結構、甲基結構或是透過戊糖磷酸途徑合成核糖的行程，將可解構分析疾病和臨床治療藥物對腺核苷甲硫氨酸生合成路徑的影響。希望未來可應用在疾病代謝路徑研究進一步作為藥物開發之應用及臨床藥物治療之評估。2020『追蹤 S-腺苷甲硫胺酸合成路徑之液相層析質譜平台及其於藥物開發之應用』甫獲得專利 (ROC I688767)，論文投稿中。
圖. 2020研究成果海報(子計畫2)
封面圖說：黃介辰、黃皓瑄教授及蔣恩沛教授共同指導「全方位植物內生菌型生物刺激素」團隊，獲得「第十七屆國家新創獎」(2020)，在上百隊提案隊伍中脫穎而出，榮獲學研新創獎殊榮。
