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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中，使其呈現(xiàn)出紅色、藍色或紫色。由于具有強抗氧化性，延緩衰老，抗癌等促進健康的特性，花青素成為了一種理想的食物天然著色添加劑。但是，由于其分子結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，絕大多數(shù)花青素在中性酸堿條件下不能穩(wěn)定存在，且大多數(shù)花青素不能呈藍色?；ㄇ嗨胤肿拥孽；揎椧环矫婺芴岣叻肿臃€(wěn)定性，同時，也能賦予花青素罕見而美麗的藍色。

近日，上海辰山植物園(中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心辰山科學研究中心)趙清課題組在 Metabolic Engineering 上發(fā)表題為 Production of species-specific anthocyanins through an inducible system in plant hairy roots 的研究論文。在該研究中，本課題組先是從唇形科植物黃芩(Scutellaria baicalensis Georgi)中分離得到花青素合成途徑的重要轉(zhuǎn)錄因子SbMyb75和SbDel，且通過實驗驗證了它們屬于花青素調(diào)控基因。隨后，該研究在胡蘿卜發(fā)狀根中組成型表達SbMyb75和SbDel，發(fā)現(xiàn)該發(fā)根雖然能大量積累花青素，但是由于花青素的大量積累導致發(fā)狀根生長緩慢甚至死亡。因此，該研究另辟蹊徑，利用XVE基因和Lex-35S啟動子構(gòu)建了一個雌二醇誘導系統(tǒng)，以此來作為“開關(guān)”，實現(xiàn)花青素轉(zhuǎn)錄因子的表達的可控性，并分別在胡蘿卜、煙草和牽?；ǖ陌l(fā)狀根中進行了該系統(tǒng)的驗證。這些發(fā)狀根中能產(chǎn)生具有多種修飾的花青素，大多數(shù)從胡蘿卜及牽?；ǚ蛛x到的花青素具有高度?；揎椊Y(jié)構(gòu)，花青素積累沒有妨礙發(fā)狀根的正常生長。

該研究提供了一種簡便的策略來生產(chǎn)高度修飾的花青素，利用了轉(zhuǎn)錄因子對植物自身花青素合成途徑的“激活”來生產(chǎn)天然花青素，從而避免了為產(chǎn)生高度修飾的花青素而要進行的更多的相關(guān)途徑基因的工程設計。并且，由于采用了雌二醇誘導系統(tǒng)，實現(xiàn)了花青素轉(zhuǎn)錄因子的表達的可控性，且所需基因工程操作的基因數(shù)量少，這大大降低植物發(fā)狀根生長階段的負擔，同時，發(fā)狀根具有類似微生物的無限增殖的能力，生產(chǎn)條件類似，這也提高了利用該方法進行生物工程方法生產(chǎn)花青素的可行性。因此，該策略可以推廣到其他物種上用以產(chǎn)生天然花青素，在食品著色劑產(chǎn)業(yè)上具有巨大的潛力和廣闊的前景。

藥用植物與健康組科研助理柳潔和研究生趙苑秀為論文共同第一作者，趙清研究員為通訊作者。研究得到上海市自然科學基金、上海市綠化和市容管理局辰山專項和科技部中央引導地方科技發(fā)展資金的資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ymben.2023.12.005

圖 (a) 胡蘿卜、煙草和牽?；ǖ陌l(fā)狀根培養(yǎng)，容器體積：1L，誘導時間：5天;(b) 胡蘿卜、煙草和牽?；ǖ陌l(fā)狀根的總花青素含量;(c) 發(fā)狀根平均生長速度;(d) 胡蘿卜、煙草和牽?；ǖ陌l(fā)狀根提取的花青素在McIlvaine's citrate-phosphate緩沖液不同pH下的顏色;(e)胡蘿卜、煙草和牽?；ǖ陌l(fā)狀根提取的花青素在McIlvaine's citrate-phosphate緩沖液中pH7.6時的顏色。