研究發(fā)現(xiàn)類胡蘿卜素生產(chǎn)必要條件

2020年8月19日PNAS報道，由西班牙農(nóng)業(yè)基因組學(xué)研究中心(Centre for Research in Agricultural Genomics，CRAG)和植物分子和細胞生物學(xué)研究所(Institute for Plant Molecular and Cellular Biology，IBMCP)的研究者合作發(fā)現(xiàn)了一種改善植物生長的有前途的策略，通過八氫番茄紅素(phytoene)將葉綠體轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)和儲存大量類胡蘿卜素的原生質(zhì)體。該研究有望為作物的營養(yǎng)改良以及化妝品、制藥和食品加工用類胡蘿卜素的可持續(xù)生產(chǎn)開辟了新的方法。

類胡蘿卜素是一種天然色素，普遍存在于動物、高等植物、真菌、藻類的黃色、橙紅色或紅色的色素之中，是人類維生素A的主要來源。盡管植物綠色組織的葉綠體中也含有類胡蘿卜素，但高濃度類胡蘿卜素主要聚集在原生質(zhì)體中，原生質(zhì)體主要由花朵和果實中的葉綠體轉(zhuǎn)化形成，這種轉(zhuǎn)變使水果和蔬菜由綠色變成黃色或紅色。但是葉片中的葉綠體通常不會轉(zhuǎn)化為原生質(zhì)體。

此次研究表明，可以通過刺激八氫番茄紅素的產(chǎn)生使這種轉(zhuǎn)變過程在葉片中發(fā)生，八氫番茄紅素是類胡蘿卜素合成途徑中第一個代謝產(chǎn)物，可以形成不同類型的類胡蘿卜素的化合物。該研究首次表明，當八氫番茄紅素的含量超過一定閾值時，它會減弱葉綠體的光合作用能力，然后八氫番茄紅素轉(zhuǎn)化為類胡蘿卜素，被抑制功能的葉綠體轉(zhuǎn)化為含有大量類胡蘿卜素的原生質(zhì)體。該研究還表明光合能力的喪失和類胡蘿卜素的合成是從葉綠體向原生質(zhì)體轉(zhuǎn)變的必要條件，該研究結(jié)果將帶來巨大價值，為增加葉片和植物其他綠色部分的營養(yǎng)價值提供方法。

這個方法目前在所有被測試的植物中都有效，當光合作用是不必要的(例如在收獲之前)，該方法就可以在作物的可收獲組織中積累類胡蘿卜素。研究者表示，這是一項應(yīng)用廣泛的技術(shù)，不僅適用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，也適用于諸如天然色素和營養(yǎng)食品等類胡蘿卜素的可持續(xù)生產(chǎn)。該方法已經(jīng)申請專利，研究者正在改進該方法使其適用于工業(yè)生產(chǎn)。

吳曉燕編譯自https://phys.org/news/2020-08-method-biofortification-nutrient.html

原文鏈接：https://www.pnas.org/content/early/2020/08/13/2004405117

原文標題：Synthetic conversion of leaf chloroplasts into carotenoid-rich plastids

reveals mechanistic basis of natural chromoplast development