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中科院微生物所供圖

　　藍(lán)玫瑰寓意“清純的愛和敦厚善良”，一直被追求浪漫的人所鐘愛。在英語中，“藍(lán)玫瑰”同時意味著無法實現(xiàn)的希望或不可能完成的任務(wù)，因為它不存在于自然中。園藝師用幾個世紀(jì)嘗試繁育藍(lán)玫瑰，但一直未能成功。

　　近日，中國科學(xué)家突破了植物通過不同花青素控制花卉顏色的固有思路，利用合成生物學(xué)證明了利用細(xì)菌產(chǎn)生的藍(lán)色色素制造藍(lán)玫瑰的可能性。

　　從細(xì)菌到花瓣

　　雖然玫瑰的人工栽培已有5000年的歷史，且品種繁多，但真正意義上的藍(lán)色玫瑰尚未獲得。這一方面是由于藍(lán)色花瓣顏色較深，在自然界中不易被昆蟲等媒介識別，因而難以繁衍；另一方面是因為玫瑰中本來就缺少能產(chǎn)生藍(lán)色花青素的基因。

　　1850年，法國就懸賞稱給第一個培育出藍(lán)玫瑰的園藝師50萬法郎，然而，160多年過去了，繁育藍(lán)玫瑰一直未獲成功。2008年，日本三得利公司利用分子遺傳學(xué)手段將花青素的合成酶基因引入玫瑰基因組，宣稱獲得了顏色接近藍(lán)色的玫瑰花，但其花瓣顏色更接近淡紫色，并未被廣泛接受。而目前國內(nèi)市場上，銷售的“藍(lán)色妖姬”是化學(xué)染色而成。

　　近日發(fā)表于美國化學(xué)會《合成生物學(xué)》雜志的一篇文章顯示，中國科學(xué)院微生物研究所研究員陳義華和天津大學(xué)藥學(xué)院張雁團(tuán)隊合作，將來源于細(xì)菌的藍(lán)色色素成功表達(dá)在白色玫瑰花瓣中，使其呈現(xiàn)藍(lán)色。

　　研究人員將鏈霉菌的次級代謝產(chǎn)物谷氨酰胺藍(lán)靛素合成酶基因（idgS）和負(fù)責(zé)該蛋白翻譯后活化的基因（sfp）構(gòu)建在植物表達(dá)的載體中，并通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)使其轉(zhuǎn)入白色玫瑰花瓣中。培育12小時后，他們驚喜地發(fā)現(xiàn)玫瑰花瓣轉(zhuǎn)入點周圍呈現(xiàn)出藍(lán)色。進(jìn)一步研究證實，花瓣中的藍(lán)色化合物就是谷氨酰胺藍(lán)靛素。

　　“我們用類似注射的方式把細(xì)菌攜帶的質(zhì)粒打入花瓣根部的細(xì)胞，然后花瓣開始用放進(jìn)去的基因一點點產(chǎn)生藍(lán)色色素并向外擴(kuò)散?！标惲x華在接受《中國科學(xué)報》記者采訪時介紹說。對照組實驗結(jié)果表明，不注入這兩個基因或缺少其中任何一個基因，都不能使白玫瑰花瓣變藍(lán)。

　　“啟動子就像電燈的開關(guān)一樣，我們選擇了花所特有的啟動子和終止子，從而讓這兩個基因只在花朵上產(chǎn)生表達(dá)，否則整個植株都會變成藍(lán)色?！睆堁阊a(bǔ)充說。

　　突破固有思路

　　此項研究的一大亮點是，突破了傳統(tǒng)的通過花青素控制花卉顏色的固有思路?！拔磥?，實現(xiàn)花朵變藍(lán)的方法可能將不再限于花青素，而是可以通過新方法制造出各種各樣的藍(lán)色花卉。”陳義華說。

　　相比于新路線，傳統(tǒng)的花青素合成路線要復(fù)雜得多。據(jù)介紹，花青素之所以能使花瓣呈現(xiàn)五彩繽紛的顏色，還和植物細(xì)胞液泡的酸堿度（pH值）相關(guān)?！坝没ㄇ嗨乜刂泼倒孱伾?，困難都在液泡里?！睆堁阏f，“因為玫瑰液泡的pH值較低，而且還有其他色素，會形成共色素的影響，花青素不易呈現(xiàn)出藍(lán)色。現(xiàn)在把合成酶的基因表達(dá)到植物細(xì)胞質(zhì)中，就繞過了這些問題?！?/p>

　　兩位作者表示，與植物色素花青素相比，細(xì)菌產(chǎn)生的谷氨酰胺藍(lán)靛素顏色更加穩(wěn)定，而且合成谷氨酰胺藍(lán)靛素的途徑簡單，合成原料是細(xì)胞中普遍存在的常見氨基酸——L-谷氨酰胺。這些特點都決定了細(xì)菌來源的谷氨酰胺藍(lán)靛素在藍(lán)色花卉的培育中具有良好的應(yīng)用前景，可能取代植物色素花青素培育出顏色純正的藍(lán)色花卉。

　　探索穩(wěn)定遺傳

　　兩位作者表示，目前的研究是利用從花房購買的玫瑰花開展的，只是初步從概念上證明了花瓣可以利用細(xì)菌的基因合成功能性酶，催化其細(xì)胞內(nèi)部本來就有的L-谷氨酰胺底物變藍(lán)。

　　他們向《中國科學(xué)報》記者透露，合作團(tuán)隊將進(jìn)一步與園藝學(xué)專家合作，使來自細(xì)菌的藍(lán)色素可以穩(wěn)定遺傳，從而獲得以谷氨酰胺藍(lán)靛素為花瓣色素的藍(lán)色系列花卉。

　　“由于玫瑰為多年生植物，開花至少要兩到三年，我們不可能在短期內(nèi)培育出藍(lán)色玫瑰的植株。”陳義華說，“但我們現(xiàn)在的工作已經(jīng)證明這條路可行，我們將和園藝專家一起將藍(lán)色玫瑰從奇跡變成現(xiàn)實?！?/p>

　　相關(guān)論文信息：DOI: 10.1021/acssynbio.8b00187

　?。ㄔd于《中國科學(xué)報》 2018-11-06 第4版 綜合)