上海辰山植物園 English
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花青素是一種天然色素，廣泛存在于各種開花植物(wù)中，使其呈現出紅色、藍色或紫色。由于具有強抗氧化(huà)性，延緩衰老，抗癌等促進健康的(de)特性，花青素成爲了(le)一種理(lǐ)想的(de)食物(wù)天然著(zhe)色添加劑。但是，由于其分(fēn)子結構的(de)不穩定，絕大(dà)多(duō)數花青素在中性酸堿條件下(xià)不能穩定存在，且大(dà)多(duō)數花青素不能呈藍色。花青素分(fēn)子的(de)酰基化(huà)修飾一方面能提高(gāo)分(fēn)子穩定性，同時(shí)，也(yě)能賦予花青素罕見而美(měi)麗的(de)藍色。
近日，上海辰山植物園（中國科學院分(fēn)子植物(wù)科學卓越創新中心辰山科學研究中心）趙清課題組在《Metabolic Engineering》上發表題爲“Production of species-specific anthocyanins through an inducible system in plant hairy roots”的(de)研究論文。在該研究中，本課題組先是從唇形科植物(wù)黃(huáng)芩（Scutellaria baicalensis Georgi）中分(fēn)離得(de)到花青素合成途徑的(de)重要轉錄因子SbMyb75和(hé)SbDel，且通(tōng)過實驗驗證了(le)它們屬于花青素調控基因。随後，該研究在胡蘿蔔發狀根中組成型表達SbMyb75和(hé)SbDel，發現該發根雖然能大(dà)量積累花青素，但是由于花青素的(de)大(dà)量積累導緻發狀根生長(cháng)緩慢(màn)甚至死亡。因此，該研究另辟蹊徑，利用(yòng)XVE基因和(hé)Lex-35S啓動子構建了(le)一個(gè)雌二醇誘導系統，以此來(lái)作爲“開關”，實現花青素轉錄因子的(de)表達的(de)可(kě)控性，并分(fēn)别在胡蘿蔔、煙(yān)草(cǎo)和(hé)牽牛花的(de)發狀根中進行了(le)該系統的(de)驗證。這(zhè)些發狀根中能産生具有多(duō)種修飾的(de)花青素，大(dà)多(duō)數從胡蘿蔔及牽牛花分(fēn)離到的(de)花青素具有高(gāo)度酰基修飾結構，花青素積累沒有妨礙發狀根的(de)正常生長(cháng)。
該研究提供了(le)一種簡便的(de)策略來(lái)生産高(gāo)度修飾的(de)花青素，利用(yòng)了(le)轉錄因子對(duì)植物(wù)自身花青素合成途徑的(de)“激活”來(lái)生産天然花青素，從而避免了(le)爲産生高(gāo)度修飾的(de)花青素而要進行的(de)更多(duō)的(de)相關途徑基因的(de)工程設計。并且，由于采用(yòng)了(le)雌二醇誘導系統，實現了(le)花青素轉錄因子的(de)表達的(de)可(kě)控性，且所需基因工程操作的(de)基因數量少，這(zhè)大(dà)大(dà)降低植物(wù)發狀根生長(cháng)階段的(de)負擔，同時(shí)，發狀根具有類似微生物(wù)的(de)無限增殖的(de)能力，生産條件類似，這(zhè)也(yě)提高(gāo)了(le)利用(yòng)該方法進行生物(wù)工程方法生産花青素的(de)可(kě)行性。因此，該策略可(kě)以推廣到其他(tā)物(wù)種上用(yòng)以産生天然花青素，在食品著(zhe)色劑産業上具有巨大(dà)的(de)潛力和(hé)廣闊的(de)前景。
藥用(yòng)植物(wù)與健康組科研助理(lǐ)柳潔和(hé)研究生趙苑秀爲論文共同第一作者，趙清研究員(yuán)爲通(tōng)訊作者。研究得(de)到上海市自然科學基金、上海市綠化(huà)和(hé)市容管理(lǐ)局辰山專項和(hé)科技部中央引導地方科技發展資金的(de)資助。
文章(zhāng)鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ymben.2023.12.005
圖 (a) 胡蘿蔔、煙(yān)草(cǎo)和(hé)牽牛花的(de)發狀根培養，容器體積：1L，誘導時(shí)間：5天；(b) 胡蘿蔔、煙(yān)草(cǎo)和(hé)牽牛花的(de)發狀根的(de)總花青素含量；(c) 發狀根平均生長(cháng)速度；(d) 胡蘿蔔、煙(yān)草(cǎo)和(hé)牽牛花的(de)發狀根提取的(de)花青素在McIlvaine's citrate-phosphate緩沖液不同pH下(xià)的(de)顔色；(e)胡蘿蔔、煙(yān)草(cǎo)和(hé)牽牛花的(de)發狀根提取的(de)花青素在McIlvaine's citrate-phosphate緩沖液中pH7.6時(shí)的(de)顔色。
文/圖：柳潔
