藍玫瑰寓意「清純的愛和敦厚善良」，一直被追求浪漫的人所鍾愛。在英語中，「藍玫瑰」同時意味著無法實現的希望或不可能完成的任務，因為它不存在於自然中，儘管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，利用合成生物學的思路，證明了利用細菌產生的藍色色素製造藍玫瑰的可能性。
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。這一方面是由於藍色花瓣顏色較深，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夠產生藍色花青素的基因。
1850年，法國就有懸賞稱給第一個做出藍玫瑰的園藝師50萬法郎。然而，到現在160多年過去了，一直未獲成功。2008年，日本三得利公司利用分子遺傳學手段將花青素的合成酶基因引入玫瑰基因組中，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，並未被廣泛接受。而目前，國內市場上銷售的「藍色妖姬」是化學染色而成。
在近日發表於美國化學會《合成生物學》雜誌上的文章中，中國科學院微生物研究所研究員陳義華和天津大學藥學院教授張雁團隊合作，將來源於細菌的藍色色素成功表達在白色玫瑰花瓣中，使其呈現藍色。
研究人員將鏈黴菌的次級代謝產物穀氨醯胺藍靛素合成酶基因（idgS）和負責該蛋白翻譯後活化的基因（sfp）構建在植物表達的載體中，並通過農桿菌介導使其轉入白色玫瑰花瓣中，在培育12小時後，驚喜地發現玫瑰花瓣轉入點周圍呈現出藍色。進一步研究證實花瓣中的藍色化合物就是穀氨醯胺藍靛素。
「我們用類似注射的方式把細菌攜帶的質粒打入花瓣根部的細胞，然後，花瓣開始用放進去的基因一點點產生藍色色素並向外擴散。」陳義華在接受《中國科學報》採訪時介紹。對照組實驗結果表明，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
此次研究的一大亮點是，突破了傳統上通過花青素控制花卉顏色的固有思路。新研究證明花瓣可以利用細菌的基因合成功能性酶，催化其細胞內部本來就有的L-穀氨醯胺底物變藍。「未來，實現花朵變藍的方法可能將不再限於花青素，而是可以通過新方法製造出各種各樣的藍色花卉。」陳義華說。
相比於新的路線，傳統的花青素合成路線要複雜得多。據介紹，花青素之所以能使花瓣呈現五彩繽紛的顏色，還和植物細胞液泡的酸鹼度（pH值）相關。「用花青素控制玫瑰顏色，困難都在液泡裡。」張雁說，「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，花青素不易呈現出藍色。現在把合成酶的基因表達到植物細胞質中就繞過了這些問題。」
兩位作者表示，與植物色素花青素相比來說，細菌產生的穀氨醯胺藍靛素顏色更加穩定，而且合成穀氨醯胺藍靛素的途徑簡單，合成原料是細胞中普遍存在的常見胺基酸——L-穀氨醯胺。這些特點都決定了細菌來源的穀氨醯胺藍靛素在藍色花卉的培育中具有良好的應用前景，可能取代植物色素花青素培育出顏色純正的藍色花卉。
下一步，陳義華和張雁表示，合作團隊將進一步與園藝學專家合作，使來自細菌的藍色素可以穩定遺傳，從而獲得以穀氨醯胺藍靛素為花瓣色素的藍色系列花卉。
「由於玫瑰為多年生植物，開花至少要兩到三年，我們不可能在短期內培育出藍色玫瑰的植株。」陳義華說，「但我們現在的工作已經證明這條路可行，我們將和園藝專家一起將藍色玫瑰從奇蹟變成現實。」
相關論文信息：DOI: 10.1021/acssynbio.8b00187