辰山植物园药用植物与健康组利用诱导型发状根合成植物特异性花青素并实现大规模培养

　　花青素是一种天然色素，广泛存在于各种开花植物中，使其呈现出红色、蓝色或紫色。由于具有强抗氧化性，延缓衰老，抗癌等促进健康的特性，花青素成为了一种理想的食物天然着色添加剂。但是，由于其分子结构的不稳定，绝大多数花青素在中性酸碱条件下不能稳定存在，且大多数花青素不能呈蓝色。花青素分子的酰基化修饰一方面能提高分子稳定性，同时，也能赋予花青素罕见而美丽的蓝色。

　　近日，上海辰山植物园(中国科学院分子植物科学卓越创新中心辰山科学研究中心)赵清课题组在 Metabolic Engineering 上发表题为 Production of species-specific anthocyanins through an inducible system in plant hairy roots 的研究论文。在该研究中，本课题组先是从唇形科植物黄芩(Scutellaria baicalensis Georgi)中分离得到花青素合成途径的重要转录因子SbMyb75和SbDel，且通过实验验证了它们属于花青素调控基因。随后，该研究在胡萝卜发状根中组成型表达SbMyb75和SbDel，发现该发根虽然能大量积累花青素，但是由于花青素的大量积累导致发状根生长缓慢甚至死亡。因此，该研究另辟蹊径，利用XVE基因和Lex-35S启动子构建了一个雌二醇诱导系统，以此来作为“开关”，实现花青素转录因子的表达的可控性，并分别在胡萝卜、烟草和牵牛花的发状根中进行了该系统的验证。这些发状根中能产生具有多种修饰的花青素，大多数从胡萝卜及牵牛花分离到的花青素具有高度酰基修饰结构，花青素积累没有妨碍发状根的正常生长。

　　该研究提供了一种简便的策略来生产高度修饰的花青素，利用了转录因子对植物自身花青素合成途径的“激活”来生产天然花青素，从而避免了为产生高度修饰的花青素而要进行的更多的相关途径基因的工程设计。并且，由于采用了雌二醇诱导系统，实现了花青素转录因子的表达的可控性，且所需基因工程操作的基因数量少，这大大降低植物发状根生长阶段的负担，同时，发状根具有类似微生物的无限增殖的能力，生产条件类似，这也提高了利用该方法进行生物工程方法生产花青素的可行性。因此，该策略可以推广到其他物种上用以产生天然花青素，在食品着色剂产业上具有巨大的潜力和广阔的前景。

　　药用植物与健康组科研助理柳洁和研究生赵苑秀为论文共同第一作者，赵清研究员为通讯作者。研究得到上海市自然科学基金、上海市绿化和市容管理局辰山专项和科技部中央引导地方科技发展资金的资助。

　　文章链接：https://doi.org/10.1016/j.ymben.2023.12.005

　　图 (a) 胡萝卜、烟草和牵牛花的发状根培养，容器体积：1L，诱导时间：5天;(b) 胡萝卜、烟草和牵牛花的发状根的总花青素含量;(c) 发状根平均生长速度;(d) 胡萝卜、烟草和牵牛花的发状根提取的花青素在McIlvaine's citrate-phosphate缓冲液不同pH下的颜色;(e)胡萝卜、烟草和牵牛花的发状根提取的花青素在McIlvaine's citrate-phosphate缓冲液中pH7.6时的颜色。

　　文/图：柳洁

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