中科院微生物所供圖

　　藍玫瑰寓意“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。園藝師用幾個世紀嘗試繁育藍玫瑰，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)證明了利用細菌產(chǎn)生的藍色色素制造藍玫瑰的可能性。

　　從細菌到花瓣

　　雖然玫瑰的人工栽培已有5000年的歷史，且品種繁多，但真正意義上的藍色玫瑰尚未獲得。這一方面是由于藍色花瓣顏色較深，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)生藍色花青素的基因。

　　1850年，法國就懸賞稱給第一個培育出藍玫瑰的園藝師50萬法郎，然而，160多年過去了，繁育藍玫瑰一直未獲成功。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)院張雁團隊合作，將來源于細菌的藍色色素成功表達在白色玫瑰花瓣中，使其呈現(xiàn)藍色。

　　研究人員將鏈霉菌的次級代謝產(chǎn)物谷氨酰胺藍靛素合成酶基因（idgS）和負責(zé)該蛋白翻譯后活化的基因（sfp）構(gòu)建在植物表達的載體中，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)出藍色。進一步研究證實，花瓣中的藍色化合物就是谷氨酰胺藍靛素。

　　“我們用類似注射的方式把細菌攜帶的質(zhì)粒打入花瓣根部的細胞，然后花瓣開始用放進去的基因一點點產(chǎn)生藍色色素并向外擴散。”陳義華在接受《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。

　　“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，否則整個植株都會變成藍色。”張雁補充說。

　　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。“未來，實現(xiàn)花朵變藍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色花卉?！标惲x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，還和植物細胞液泡的酸堿度（pH值）相關(guān)?！坝没ㄇ嗨乜刂泼倒孱伾щy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)出藍色。現(xiàn)在把合成酶的基因表達到植物細胞質(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，細菌產(chǎn)生的谷氨酰胺藍靛素顏色更加穩(wěn)定，而且合成谷氨酰胺藍靛素的途徑簡單，合成原料是細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菌來源的谷氨酰胺藍靛素在藍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菌的基因合成功能性酶，催化其細胞內(nèi)部本來就有的L-谷氨酰胺底物變藍。

　　他們向《中國科學(xué)報》記者透露，合作團隊將進一步與園藝學(xué)專家合作，使來自細菌的藍色素可以穩(wěn)定遺傳，從而獲得以谷氨酰胺藍靛素為花瓣色素的藍色系列花卉。

　　“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)培育出藍色玫瑰的植株?！标惲x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色玫瑰從奇跡變成現(xiàn)實。”

　　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)