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科研進(jìn)展

華南植物園在黑果枸杞花青素代謝工程研究取得進(jìn)展

發(fā)布時(shí)間:2024-07-07 作者:scbg 來(lái)源:華南植物園

????植物天然色素——花青素具有顯著(zhù)的生物活性如延長(cháng)小鼠壽命。目前,花青素的市場(chǎng)單價(jià)為120美元每毫克,據統計2021年的花青素產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值已經(jīng)達到3.87億美元。花青素市場(chǎng)繁榮的背后是高值花青素生物制備的窘迫現狀,傳統方法中,花青素主要來(lái)源于植物提取,局限于植物生長(cháng)季節限制、周期長(cháng)、含量低、提取工藝繁瑣等;同時(shí),花青素化學(xué)全合成成本高、難度大。據悉,國家二級重點(diǎn)保護野生植物黑果枸杞(Lycium ruthenicum)素有“花青素之王”的美譽(yù)。如何利用黑果枸杞高效合成積累花青素的調控機制,采用代謝工程等手段高效合成高值花青素滿(mǎn)足市場(chǎng)需求,是緩解野生黑果枸杞資源被過(guò)度開(kāi)發(fā)利用的窘境、保護我國西北地區脆弱生態(tài)環(huán)境的有效策略。

????近日,中國科學(xué)院華南植物園農業(yè)與生物技術(shù)中心藥用植物種質(zhì)創(chuàng )新與利用團隊艾培炎、韋國等科研人員通過(guò)多組學(xué)聯(lián)合分析,挖掘出調控花青素合成積累的核心轉錄因子LrAN2。在前期建立的黑果枸杞高效遺傳轉化體系的基礎上、通過(guò)完善愈傷組織誘導、優(yōu)化懸浮細胞培養體系等一系列措施,取得了懸浮愈傷組織高效合成果實(shí)花青素主成分petanin的突破性進(jìn)展,實(shí)現了96.23毫克/克干重的花青素高產(chǎn)。據悉,常見(jiàn)水果果實(shí)的花青素含量是0.08—25.77毫克/克干重。該技術(shù)體系突破了黑果枸杞生長(cháng)周期和種植地域的時(shí)空限制,實(shí)現了細胞工廠(chǎng)條件下的高效合成,為黑果枸杞野生種質(zhì)資源保護和花青素產(chǎn)業(yè)的提質(zhì)增效提供了技術(shù)保障。

????另悉,該團隊緊緊圍繞黑果枸杞功能基因挖掘和花青素產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)利用的研發(fā)目標,挖掘了調控黑果枸杞花青素合成的多個(gè)關(guān)鍵功能基因(ZL 2022 1 1600244.4、ZL 2023 1 1114899.5),并建立了利用懸浮愈傷組織高效生產(chǎn)黑果枸杞果實(shí)花青素的技術(shù)體系(ZL 2023 1 0599964.1),為花青素在食品、保健品等領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)利用夯實(shí)了技術(shù)基礎。一直以來(lái),團隊探索珍稀瀕危資源植物保育、功能基因挖掘和高效利用的全鏈條科技創(chuàng )新,為新的歷史機遇下高質(zhì)量推動(dòng)華南國家植物園建設貢獻力量。

????相關(guān)研究結果已近期發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Food Frontiers(《食品前沿》)(IF5y=9.4)上。華南植物園艾培炎博后、已畢業(yè)碩士研究生韋國為共同第一作者,曾少華研究員、王瑛研究員為共同通訊作者,楊超副研究員、阿彪碩士研究生等團隊成員也參與該項工作。該研究得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰略重點(diǎn)研究計劃、廣東省重點(diǎn)技術(shù)研發(fā)計劃、華南植物遷地保護與利用重點(diǎn)實(shí)驗室、中國科學(xué)院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )、廣東現代農業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng )新團隊專(zhuān)項基金的資助。

????論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/fft2.440

圖. 黑果枸杞花青素植物細胞工廠(chǎng)

注:圖1A為過(guò)表達LrAN2的轉基因愈傷組織;圖1B為過(guò)表達LrAN2的愈傷組織懸浮細胞系;圖1C為懸浮細胞培養條件優(yōu)化后花青素含量變化;圖1D為黑果枸杞花青素代謝工程合成花青素示意圖。





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