藍(lán)色花形成的基因工程進(jìn)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。科學(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(xì)胞里，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生物遺傳性狀的改造。部分花基因中缺乏藍(lán)色基因，而藍(lán)色花又具有獨(dú)特的欣賞價(jià)值。將含有控制合成藍(lán)色色素的B基因的花朵中的B基因通過(guò)分離、合成，再逆轉(zhuǎn)錄之后接入受體花朵細(xì)胞，使該基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定下來(lái)，并遺傳給子代，就可以得到美麗的藍(lán)色花朵。本文就來(lái)分析藍(lán)色花形成的基因工程進(jìn)展和有效的育種策略。旨在為藍(lán)色花培育提供一些參考建議。

關(guān)鍵詞：藍(lán)色花;基因工程;B基因;藍(lán)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(lán)色花卉較為罕見(jiàn)，特別是一些廣受市場(chǎng)歡迎的花卉，如玫瑰、月季等，缺乏藍(lán)色花系。應(yīng)市場(chǎng)的需求，科學(xué)家們一直在致力于研究藍(lán)色花的基因組成，試圖通過(guò)改變花色素來(lái)實(shí)現(xiàn)藍(lán)色花育種，培育出市場(chǎng)喜愛(ài)的藍(lán)色系。基因工程是一種常見(jiàn)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(lán)色花的形成，培育新藍(lán)色花品種，是滿(mǎn)足市場(chǎng)需求的必然選擇。這對(duì)于豐富花卉產(chǎn)品品種有著重要的意義。

一、藍(lán)色花的形成基礎(chǔ)

（一）藍(lán)色花色素

藍(lán)色花色素的化學(xué)結(jié)構(gòu)是花青素，花青素一般被酰基化、唐感化、甲基化進(jìn)行修飾，形成“三明治”型的分子內(nèi)堆疊。這也是藍(lán)色花青素在花朵內(nèi)才更加的穩(wěn)定的原因。其中酰基化修飾的位置是藍(lán)色花形成的重要條件。一般在花青素3-和/或7-位上發(fā)生芳香酸酰基化比3-和/或5-位上的芳香酸酰基化對(duì)于藍(lán)色的形成更為重要。自然界中藍(lán)色花含有飛燕草素糖苷及其酰基化衍生物，或酰基化的矢車(chē)菊素糖苷，或矮牽牛素糖苷。常見(jiàn)的可呈現(xiàn)藍(lán)色花瓣的植物油飛燕草、鴨拓草、錢(qián)奴化、蝶豆花、牽牛花等。

（二）呈現(xiàn)藍(lán)色的環(huán)境

科學(xué)表明，雖然藍(lán)色花中都含有藍(lán)色花青素，但含有藍(lán)色花青素的植物并不一定呈現(xiàn)藍(lán)色，它還對(duì)細(xì)胞液環(huán)境、成分組成等有著特殊的要求。一般的藍(lán)色花的pH值、5-O-乙酰奎寧酸與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(xì)胞。此外，不同花期藍(lán)色花的液泡pH值不同。如牽牛花在花蕾期花青素呈現(xiàn)為紫紅色，pH值為6.6，而全開(kāi)后顏色呈現(xiàn)為藍(lán)色，pH值則為7.7。這說(shuō)明呈現(xiàn)藍(lán)色的液泡環(huán)境在不同的花期是存在差異性的。

二、藍(lán)色花基因

（一）酶基因

酶基因是藍(lán)色花色素基因轉(zhuǎn)座的必然條件，藍(lán)色花形成需要細(xì)胞色素P450氧化酶家族CYP75A或CYP75B亞家族的類(lèi)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(guò)酶基因可以使受體細(xì)胞體內(nèi)逐漸的積累藍(lán)色花色素基因，抑制受體花本色的基因表達(dá)，因而是花色改變?yōu)樗{(lán)色或紫色。這也是藍(lán)色花培育的常見(jiàn)方法之一。此外，花青素糖苷化、酰基化修飾也可以維持花青素的穩(wěn)定，使轉(zhuǎn)移在受體花細(xì)胞內(nèi)的花青素結(jié)構(gòu)逐漸的穩(wěn)定下來(lái)。常見(jiàn)的糖苷化花青素轉(zhuǎn)座酶包括依賴(lài)UDP-糖的糖苷化酶家族1、依賴(lài)酰基-葡萄糖的花青素糖苷化酶，酰基化花青素轉(zhuǎn)座酶包括酰基-CoA、類(lèi)絲氨酸羧肽酶（SCPL）-酰基轉(zhuǎn)移酶。

（二）細(xì)胞pH值調(diào)控基因

根據(jù)研究，含有花青素的矮牽牛花中已堅(jiān)定出7個(gè)調(diào)控pH的基因位點(diǎn)，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(shí)，pH上升，花瓣花色發(fā)生變化，從紫紅色轉(zhuǎn)變?yōu)樗{(lán)紫色。其物理特性是通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白H+轉(zhuǎn)運(yùn)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(yùn)至液泡，改變液泡環(huán)境，花朵最終表達(dá)為藍(lán)色。

（三）金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因

郁金香、矢車(chē)菊中含有了一種編碼液泡鐵離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因TgVit1，它的存在能夠促進(jìn)液泡中鐵離子的積累，逐漸的是花朵表達(dá)藍(lán)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(yùn)蛋白的基因VALT和編碼質(zhì)膜Al離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1的基因PALT1，它們參與了藍(lán)色繡球表現(xiàn)為藍(lán)色的過(guò)程。

三、藍(lán)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(jiàn)的藍(lán)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(gè)基因提取并導(dǎo)入受體細(xì)胞，使該基因通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)在受體細(xì)胞內(nèi)大量繁殖，成為一個(gè)標(biāo)記基因，同時(shí)為受體增加一個(gè)新的特性，使受體花表達(dá)為藍(lán)色色素。如薔薇缺乏合成藍(lán)色色素轉(zhuǎn)座酶F35H的基因，為其尋找外源基因?qū)胨N薇細(xì)胞，然后再將改基因?qū)胄枰纳闹参镏校纯傻玫剿{(lán)色的植物。矮牽牛便可通過(guò)該方法得到藍(lán)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(lán)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(xiàng)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(xì)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{(lán)色基因。共抑技術(shù)與反抑法相反，是通過(guò)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(dá)。該技術(shù)在菊花、矮牽牛、藍(lán)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(jiàn)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(guò)減弱或增強(qiáng)的方法復(fù)制藍(lán)色色素基因的形成與表達(dá)。例如在藍(lán)色月季中導(dǎo)入花翠素和復(fù)制色素黃酮醇，可使細(xì)胞液體匯總的pH升高，使月季花色表達(dá)為藍(lán)色色素。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基因工程雖然可以培育出藍(lán)色花，但在實(shí)踐中想要不具備藍(lán)色素的花卉表達(dá)出藍(lán)色色素，基因構(gòu)建難度較大，對(duì)于技術(shù)要求較高。在實(shí)際的應(yīng)用中，要根據(jù)受體植物對(duì)于色素積累和表現(xiàn)的需求選擇藍(lán)色花的培育方法，使藍(lán)色色素在受體體內(nèi)不斷的積累并穩(wěn)定，在受體細(xì)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(chǎng)需求的美麗的藍(lán)色花。

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作者簡(jiǎn)介：田猛，生物工程專(zhuān)業(yè)。