通过合成生物学技术培育蓝色玫瑰——利用链霉

时间:2018-12-15 16:41 点击:
  蓝色代表着沉静与希望,具有“蓝色妖姬”之称的蓝玫瑰更是浪漫爱人间真情的象征。然而遗憾的是天然的蓝色玫瑰并不存在,目前市面上出售的蓝玫瑰是通过蓝色化学染料染制而成。园艺学家们几百年来试图利用传统育种的方法获得蓝色玫瑰,但一直没有成功,所以在英文中“blue rose”也被用来代指不可能完成的任务。这更使得蓝色玫瑰成为人们心中向往的浪漫之花。 
 
  在2008年,日本三得利公司利用分子遗传学的手段将花青素的合成酶基因引入玫瑰的基因组中,宣称获得了颜色接近蓝色的玫瑰花,但其花瓣的颜色更接近淡紫色,并没有被广泛接受。为此各个国家的科学家们仍在不断努力,以期获得蓝色的玫瑰花。 
 
  近日,中国科学院微生物研究所的陈义华研究员和天津大学的张雁教授课题组合作在ACS Synthetic Biology杂志上发表题为“Cloning and expression of a non-ribosomal peptide synthetase to generate blue rose”的文章,报道了将来源于细菌的非核糖体肽类蓝色色素——谷氨酰胺蓝靛素成功表达在白色玫瑰花瓣中,使其呈现蓝色的工作进展。谷氨酰胺蓝靛素合成酶基因idgS发现于链霉菌中,该合成酶能够利用普遍存在于细胞内的氨基酸L-谷氨酰胺作为底物,形成具有共轭结构的蓝色色素-谷氨酰胺蓝靛素(indigoidine,如下图)。在前期的研究中,陈义华课题组成功地利用谷氨酰胺蓝靛素合成酶基因建立了应用于链霉菌的高效敲除系统,以及应用于大肠杆菌中的质粒克隆工具,两部分工作分别于2015年和2017年发表在Appl Microbiol Biotechnol杂志上。在产生利用合成生物学技术将细菌产生的谷氨酰胺蓝靛素在玫瑰花瓣中表达来制造蓝色玫瑰花的想法后,陈义华研究员和张雁教授课题组通力合作,将谷氨酰胺蓝靛素合成酶基因idgS及负责该蛋白翻译后活化的基因(sfp)构建在含有玫瑰花瓣特异性启动子及终止子的植物双元表达载体中,并通过农杆菌介导的方式在白玫瑰的花瓣中进行瞬时表达。经过12小时的培育后发现确实可以将白色的玫瑰花瓣变为蓝色。另外,实验对照组的结果证明缺少其中任何一个基因都不能使花瓣变蓝。对花瓣中的色素进行提取和鉴定证明其组成确实就是谷氨酰胺蓝靛素。 
 
  这一工作在合成生物学理念指导下,突破了植物通过不同花青素来控制花卉颜色的固有思路,证明了利用细菌产生的蓝色色素来制造蓝玫瑰的可能性。未来的工作中,陈义华研究员和张雁教授将与园艺学专家进一步合作,争取早日通过遗传改造获得以谷氨酰胺蓝靛素为花瓣色素的蓝色系列花卉,让被认为不可能培育的蓝色玫瑰花生长在祖国的土地上
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