Невозможный цветок
Голубые/ синие розы — предмет поэтических мечтаний. Ученые пытаются воплотить их в реальность
КИОТО, ЯПОНИЯ — в 2004 году японские исследователи представили то, что они назвали первой в мире голубой розой. Единственная проблема с этим цветком: он был не очень голубым.
Хотя его лепестки и вырабатывали синий пигмент, в целом цветок выглядел скорее лиловым. Даже Ёсикадзу Танака, учёный, стоявший за этой работой, признаёт, что его первой мыслью при виде цветка было: «Мог бы быть посинее».
Голубые цветы — редкость, в том числе среди срезанных цветов. Хризантемы, гвоздики, тюльпаны — ни один из них не бывает голубым в природе. Голубые орхидеи обычно окрашивают искусственно. Десятилетия селекции позволили вывести розы всех оттенков жёлтого, розового и красного, но не голубые.
В 2017 году японские учёные объявили о создании голубых хризантем.
Художники давно обратили внимание на эту редкость. В немецком романтизме голубой цветок стал символом тоски и недостижимого. Редьярд Киплинг посвятил стихотворение человеку, которому его возлюбленная поручила найти для неё голубую розу: «Я обошёл полмира, ища, где растут такие цветы.» (К тому времени, когда он возвращается с пустыми руками, его любовь умерла.
Впервые учёные увидели, насколько сложны синие цветы, в 1913 году, когда немецкий исследователь Рихард Вильштеттер объявил, что выделил синий пигмент из васильков. Это был антоциан, который он назвал цианидином. Два года спустя, когда он выделил пигмент из красных роз, оказалось, что это точно такая же молекула. Антоцианы могут менять цвет в зависимости от кислотности раствора, поэтому Вилльштеттер предположил, что розы имеют другой оттенок, потому что pH в их лепестках ниже, чем у васильков.
Это была первая научная теория о синих цветах. И она была ошибочной. В последующие десятилетия появилась другая теория, которая была окончательно подтверждена с помощью рентгеновской кристаллографии в 2005 году. Сам по себе цианидин не даёт стабильного синего цвета; вместо этого в васильках шесть молекул цианидина соединяются с шестью молекулами бесцветного копигмента, расположенными вокруг двух ионов металла, — образуется огромный молекулярный комплекс, который стабилизирует молекулы цианидина и позволяет одному электрону совершить правильный энергетический переход. «Цветы используют безумные химические реакции, чтобы создать этот синий цвет»
Несколько других синих цветов используют тот же трюк, но большинство из них вырабатывают другой антоциан, называемый дельфинидином, который легче заставить выглядеть синим. Единственное различие между цианидином и дельфинидином заключается в том, что у последнего есть дополнительный атом кислорода в одном из колец, который образуется под действием фермента флавоноид-3,5-гидроксилазы. У всего семейства розоцветных, в которое входят яблони и груши, отсутствует этот фермент, а значит, розы, вырабатывающие дельфинидин, не могут быть получены традиционным путём селекции.
Неугомонный Танака занялся генной инженерией. К 1991 году он и его коллеги выявили и запатентовали ген флавоноид-3,5-гидроксилазы в петуниях. Перенос этого гена в гвоздики заставил их вырабатывать дельфинидин, придающий им пурпурно-синий цвет
Тем временем сотрудничество между Танакой и группой под руководством Наонобу Ноды из Института овощеводства и цветоводства в Цукубе, Япония, привело к появлению бесспорно синего цветка — голубой хризантемы. В статье Science Advances, опубликованной в 2017 году, исследователи сообщили, что в результате внедрения гена флавоноидной 3,5-гидроксилазы из колокольчиков в красные хризантемы, а также гена, добавляющего молекулу глюкозы, были получены «самые синие цветы» из когда-либо созданных с помощью генной инженерии. Они предполагали, что глюкоза позволит естественным ферментам цветка присоединять дополнительные химические группы к дельфинидину, создавая более насыщенный синий цвет. К их удивлению, в дополнительных группах не было необходимости: вместо этого глюкоза помогла дельфинидину соединиться с копигментами, которые естественным образом вырабатываются в цветке, и изменить цвет на синий.
Использование той же самой стратегии на розах не сработало, вероятно, потому, что у них нет таких же копигментов и более низкий уровень pH. Но Танака не сдаётся. Он пытался добавить гены горечавки, которые изменяют дельфинидин, и гены рода Torenia, которые вырабатывают копигменты. В знак уважения к Вилльштеттеру он даже пытается изменить уровень pH в лепестках роз.
Танака уверен, что до выхода на пенсию, он выведет более голубые розы, но почти 30 лет, которые он посвятил своим поискам, научили его быть осторожным: «Трудно сказать, насколько голубыми они будут».
Рис. Окраска цветков, состав антоцианов и экспрессия трансгена у трансгенного растения «Sei Arabella».(A) Фотографии типичных цветов дикорастущих и трансгенных линий. Каждая линия представляет цветовую группу и номер по цветовой шкале Королевского садоводческого общества. (B) Состав антоцианов. (C и D) Относительная экспрессия CamF3′5′H (C) и полученных антоцианов на основе дельфинидина (D). Содержание антоцианов на основе дельфинидина хорошо коррелировало с экспрессией CamF3′5′H. (E и F) Относительная экспрессия CtA3′5′GT (E) и результирующих 3′/3′,5′-глюкозилированных антоцианов (F). Содержание 3′/3′,5′-глюкозилированных антоцианов хорошо коррелировало с экспрессией CtA3′5′GT. (G) Спектры видимой абсорбции свежих лепестков дикорастущих (розовых), 1916-10 (фиолетовых) и 1916-23 (синих) хризантем. (H) Спектры видимой абсорбции основных антоцианов, полученных из розовых (A1; дикорастущие), фиолетово-синих (A5) и сине-фиолетовых (A8) хризантем в ацетатном буфере (pH 5,6).