藍色花形成的基因工程進展與育種策略

摘要：基因是生命的基本構(gòu)造和性能，也是影響生物特性的重要因素?？茖W(xué)家應(yīng)用基因工程將一種生物的基因嫁接代另一種生物的細胞里，可以實現(xiàn)對生物遺傳性狀的改造。部分花基因中缺乏藍色基因，而藍色花又具有獨特的欣賞價值。將含有控制合成藍色色素的B基因的花朵中的B基因通過分離、合成，再逆轉(zhuǎn)錄之后接入受體花朵細胞，使該基因在受體細胞中穩(wěn)定下來，并遺傳給子代，就可以得到美麗的藍色花朵。本文就來分析藍色花形成的基因工程進展和有效的育種策略。旨在為藍色花培育提供一些參考建議。

關(guān)鍵詞：藍色花;基因工程;B基因;藍色色素

顏色是花卉美麗的要素之一，靚麗的色彩塑造了五彩斑斕的花卉色系，使得不同的花卉富有別樣的風(fēng)情。在自然界中，藍色花卉較為罕見，特別是一些廣受市場歡迎的花卉，如玫瑰、月季等，缺乏藍色花系。應(yīng)市場的需求，科學(xué)家們一直在致力于研究藍色花的基因組成，試圖通過改變花色素來實現(xiàn)藍色花育種，培育出市場喜愛的藍色系。基因工程是一種常見的基因重組技術(shù)，該技術(shù)在改變生物特性、培育新品種方面有著較好的應(yīng)用效果。應(yīng)用基因工程研究藍色花的形成，培育新藍色花品種，是滿足市場需求的必然選擇。這對于豐富花卉產(chǎn)品品種有著重要的意義。

一、藍色花的形成基礎(chǔ)

（一）藍色花色素

藍色花色素的化學(xué)結(jié)構(gòu)是花青素，花青素一般被?；⑻聘谢?、甲基化進行修飾，形成“三明治”型的分子內(nèi)堆疊。這也是藍色花青素在花朵內(nèi)才更加的穩(wěn)定的原因。其中?；揎椀奈恢檬撬{色花形成的重要條件。一般在花青素3-和/或7-位上發(fā)生芳香酸?；?-和/或5-位上的芳香酸酰基化對于藍色的形成更為重要。自然界中藍色花含有飛燕草素糖苷及其酰基化衍生物，或?；氖杠嚲账靥擒眨虬珷颗Ｋ靥擒?。常見的可呈現(xiàn)藍色花瓣的植物油飛燕草、鴨拓草、錢奴化、蝶豆花、牽?；ǖ?。

（二）呈現(xiàn)藍色的環(huán)境

科學(xué)表明，雖然藍色花中都含有藍色花青素，但含有藍色花青素的植物并不一定呈現(xiàn)藍色，它還對細胞液環(huán)境、成分組成等有著特殊的要求。一般的藍色花的pH值、5-O-乙?？鼘幩崤c花青素苷的摩爾比率，以及Al3+的摩爾當(dāng)量都顯著高于紅色細胞。此外，不同花期藍色花的液泡pH值不同。如牽?；ㄔ诨ɡ倨诨ㄇ嗨爻尸F(xiàn)為紫紅色，pH值為6.6，而全開后顏色呈現(xiàn)為藍色，pH值則為7.7。這說明呈現(xiàn)藍色的液泡環(huán)境在不同的花期是存在差異性的。

二、藍色花基因

（一）酶基因

酶基因是藍色花色素基因轉(zhuǎn)座的必然條件，藍色花形成需要細胞色素P450氧化酶家族CYP75A或CYP75B亞家族的類黃酮3，5-羥化酶（F35H）催化二氫山奈酚B環(huán)上的3-和5-位的羥基化生成二氫楊梅素，通過酶基因可以使受體細胞體內(nèi)逐漸的積累藍色花色素基因，抑制受體花本色的基因表達，因而是花色改變?yōu)樗{色或紫色。這也是藍色花培育的常見方法之一。此外，花青素糖苷化、?；揎椧部梢跃S持花青素的穩(wěn)定，使轉(zhuǎn)移在受體花細胞內(nèi)的花青素結(jié)構(gòu)逐漸的穩(wěn)定下來。常見的糖苷化花青素轉(zhuǎn)座酶包括依賴UDP-糖的糖苷化酶家族1、依賴?；?葡萄糖的花青素糖苷化酶，酰基化花青素轉(zhuǎn)座酶包括?；?CoA、類絲氨酸羧肽酶（SCPL）-?；D(zhuǎn)移酶。

（二）細胞pH值調(diào)控基因

根據(jù)研究，含有花青素的矮牽?；ㄖ幸褕远ǔ?個調(diào)控pH的基因位點，pH1—pH7。pH5編碼一種定位于液泡膜的H+P3A-ATPase質(zhì)子泵，它發(fā)生突變時，pH上升，花瓣花色發(fā)生變化，從紫紅色轉(zhuǎn)變?yōu)樗{紫色。其物理特性是通過轉(zhuǎn)運蛋白H+轉(zhuǎn)運活性，改變液泡環(huán)境，增加酸化反應(yīng)。花朵在花期將K+/Na+轉(zhuǎn)運至液泡，改變液泡環(huán)境，花朵最終表達為藍色。

（三）金屬離子轉(zhuǎn)運蛋白基因

郁金香、矢車菊中含有了一種編碼液泡鐵離子轉(zhuǎn)運蛋白的基因TgVit1，它的存在能夠促進液泡中鐵離子的積累，逐漸的是花朵表達藍色色素。此外，繡球花中含有編碼液泡膜和質(zhì)膜定位的Al離子轉(zhuǎn)運蛋白的基因VALT和編碼質(zhì)膜Al離子轉(zhuǎn)運蛋白1的基因PALT1，它們參與了藍色繡球表現(xiàn)為藍色的過程。

三、藍色花基因工程育種策略

（一）引入外源基因

外源基因的引入是一種常見的藍色花培育方法。該方法需要從想要修飾的供體植物中選擇一個基因提取并導(dǎo)入受體細胞，使該基因通過轉(zhuǎn)運在受體細胞內(nèi)大量繁殖，成為一個標記基因，同時為受體增加一個新的特性，使受體花表達為藍色色素。如薔薇缺乏合成藍色色素轉(zhuǎn)座酶F35H的基因，為其尋找外源基因?qū)胨N薇細胞，然后再將改基因?qū)胄枰纳闹参镏?，即可得到藍色的植物。矮牽牛便可通過該方法得到藍色的矮牽牛，再應(yīng)用該方法，將矮牽牛的基因轉(zhuǎn)入玫瑰，即可培育出藍色的玫瑰。

（二）應(yīng)用反抑RNA和共抑制技術(shù)

反義RNA和共抑制技術(shù)也是花色修飾的常用技術(shù)。應(yīng)用該項技術(shù)需要先了解植物花色的生化物質(zhì)，分析影響生物物質(zhì)代謝、催化反應(yīng)的酶，再將酶基因方向插入受體，就可以將外源DNA轉(zhuǎn)錄到內(nèi)源細胞，使二者結(jié)合，抑制受體植物中生化物質(zhì)的產(chǎn)生，從而使基因突變?yōu)樗{色基因。共抑技術(shù)與反抑法相反，是通過復(fù)制內(nèi)源基因抑制內(nèi)源基因轉(zhuǎn)錄酶物mRNA，從而抑制內(nèi)源基因的表達。該技術(shù)在菊花、矮牽牛、藍豬耳花的花色修飾方面具有一定的作用。

（三）導(dǎo)入調(diào)節(jié)基因

一些植物花色中具有調(diào)節(jié)基因，這些基因可調(diào)節(jié)花的顏色。pH基因就是常見的調(diào)節(jié)基因。在新培育的植物中導(dǎo)入可以調(diào)節(jié)花色素的基因，可通過減弱或增強的方法復(fù)制藍色色素基因的形成與表達。例如在藍色月季中導(dǎo)入花翠素和復(fù)制色素黃酮醇，可使細胞液體匯總的pH升高，使月季花色表達為藍色色素。

四、結(jié)語

綜上所述，基因工程雖然可以培育出藍色花，但在實踐中想要不具備藍色素的花卉表達出藍色色素，基因構(gòu)建難度較大，對于技術(shù)要求較高。在實際的應(yīng)用中，要根據(jù)受體植物對于色素積累和表現(xiàn)的需求選擇藍色花的培育方法，使藍色色素在受體體內(nèi)不斷的積累并穩(wěn)定，在受體細胞內(nèi)與其他色素共存，才能提高基因轉(zhuǎn)化的成功，成功培育出符合市場需求的美麗的藍色花。

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作者簡介：田猛，生物工程專業(yè)。