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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，由于其分子結構的不穩定，絕大多數花青素在中性酸堿條件下不能穩定存在，且大多數花青素不能呈藍色。花青素分子的酰基化修飾一方面能提高分子穩定性，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新中心辰山科學研究中心)趙清課題組在 Metabolic Engineering 上發表題為 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錄因子SbMyb75和SbDel，且通過實驗驗證了它們屬于花青素調控基因。隨后，該研究在胡蘿卜發狀根中組成型表達SbMyb75和SbDel，發現該發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啟動子構建了一個雌二醇誘導系統，以此來作為“開關”，實現花青素轉錄因子的表達的可控性，并分別在胡蘿卜、煙草和牽牛花的發狀根中進行了該系統的驗證。這些發狀根中能產生具有多種修飾的花青素，大多數從胡蘿卜及牽牛花分離到的花青素具有高度酰基修飾結構，花青素積累沒有妨礙發狀根的正常生長。

該研究提供了一種簡便的策略來生產高度修飾的花青素，利用了轉錄因子對植物自身花青素合成途徑的“激活”來生產天然花青素，從而避免了為產生高度修飾的花青素而要進行的更多的相關途徑基因的工程設計。并且，由于采用了雌二醇誘導系統，實現了花青素轉錄因子的表達的可控性，且所需基因工程操作的基因數量少，這大大降低植物發狀根生長階段的負擔，同時，發狀根具有類似微生物的無限增殖的能力，生產條件類似，這也提高了利用該方法進行生物工程方法生產花青素的可行性。因此，該策略可以推廣到其他物種上用以產生天然花青素，在食品著色劑產業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、煙草和牽牛花的發狀根培養，容器體積：1L，誘導時間：5天;(b) 胡蘿卜、煙草和牽牛花的發狀根的總花青素含量;(c) 發狀根平均生長速度;(d) 胡蘿卜、煙草和牽牛花的發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、煙草和牽牛花的發狀根提取的花青素在McIlvaine's citrate-phosphate緩沖液中pH7.6時的顏色。