Zmodyfikowane genetycznie róże o niebieskiej barwie zostały po raz pierwszy na świecie pokazane publicznie na wystawie kwiatów IFEX (International Flower Expo), która w dniach 30 października-1 listopada już po raz piąty odbywała się w Tokio (Japonia). Opracowane przez biotechnologów z firm Suntory i Florigene kwiaty pojawią się w sprzedaży w Japonii jesienią 2009 roku.

Po 13 latach żmudnej pracy badawczej biotechnologów z australijskiej firmy Florigene i japońskiej Suntory udało się w 2004 roku za pomocą narzędzi inżynierii genetycznej włączyć gen niebieskiego barwnika delfinidyny pochodzący z petunii do różowofiołkowej odmiany róży francuskiej (Rosa gallica) zwanej również różą kardynała de Richelieu. Jednak ze względu na dalszą obecność w płatkach kwiatów innego barwnika - cyjanidyny - dającego czerwonawą, a właściwie burgundową barwę, naukowcy musieli użyć techniki intrefrencyjnego RNA do wyciszenia genu cyjanidyny. Dopiero wtedy udało się uzyskać niebieskawe płatki.

“To pierwszy raz jak pokazano niebieskie róże publiczności“, powiedziała Megumi Mitsunaga, rzeczniczka targów IFEX i dodała, że zwracaly one niesamowitą uwagę ze względu na swoją osobliwą barwę.

W jaki sposób inżynierowano kwiaty?

Większość roślinnych pigmentów znajdujących się w kwiatach, owocach i innych tkankach roślinnych jest pochodną anocyjanów. Dihydrokaempferol (DHK) jest prekursorem trzech pierwotnych barwników takich jak cyjanidyna, pelargonidyna i delfinidyna. Gen cyjanidyny koduje enzym, który modyfikuje DHK mówiąc mu, aby w komókach powstawały barwniki z grupy cyjanidyn dających ciemną czerwoną, różową i liliową barwę. Gen delfinidyny, który jest nieobecny w różach, koduje bliskiego krewnego DHK, który modyfikuje szlak powstawania barwników.

Inny enzym, reduktaza dyhydroflawonolu 4 (dfr), kluczowy enzym w biosyntezie antocyjanów, z petunii, modyfikuje powstawanie barwników we wszystkich trzech szlakach pigmentacji. Na tym etapie wszystkie barwniki, które powstają, są bezbarwne. Jakakolwiek mutacja w genie DFR daje białe kwiaty. Naukowcy z firmy Florigene wybrali goździki-białe mutanty DFR, aby uzyskać całą serię kwiatów o niebieskiej barwie zwaną “księżycową”.

Podobnie jak róże, goździki nie mają genu delfinidyny. Zatem naukowcy wklonowali ten gen, wyizolowany z petunii, do genomu goździków zastępując zmutowany gen DFR. W ten sposób uzyskano nowe odmiany o nazwach “Moondust” (księżycowy pył) i “Moonglow” (blask księżyca) w kolorze liliowym i fiołkowym (bladofioletowym), które sprzedają się świetnie w Ameryce Północnej i Południowej. Również w Unii Europejskiej transgeniczne goździki zostały zatwierdzone do sprzedaży i wkrótce trafią do kwiaciarń.

Choć w XX wieku utworzono wiele nowych odmian róży na drodze tradycyjnej hodowli i mieszania z sobą różnych odmian, dziś wiemy, że niebieskich róży i tak byśmy nigdy na tej klasycznej drodze nie otrzymali ze względu na brak genu delfinidyny.

W 1986 roku powstała w Australii firma Calgene Pacific, której pierwszym celem było otrzymanie niebieskiej odmiany róży przy pomocy inżynierii genetycznej. W 1994 roku Calgene przejęła swojego holenderskiego konkurenta, firmę Florigene i przyjęła jego nazwę. W 1991 roku naukowcom Florigene udało się sklonować gen delfinidyny pochodzący z petunii. Do połowy lat 90-tych badacze doskonalili techniki molekularne transformacji kultur komórkowych roślin. To wtedy właśnie udało się im otrzymać wysoki poziom ekspresji delfinidyny w jednej z odmian róży zwanej francuską. Kombinacja produktów genów delfinidyny i cyjanidyny dawała piękny burgundowy kolor. Nie był to co prawda niebieski kolor, ale technicznie był to znaczny postęp.

Aby stworzyć niebieską różę, naukowcy potrzebowali białej odmiany z nieaktywnym genem DFR. Jednak nie potrafli oni zidentyfikować takiej odmiany, a hodowla nowej od podstaw trwałaby zbyt długo, może nawet lata. Wtedy to badacze z Florigene spotkali dr Waterhouse‘a, specjalistę od hodowli roślin w CSIRO - australijskiej organizacji badawczej. W 2001 roku omawiano z nim możliwości zastosowania technologii interferencyjnego RNA do otrzymania pożądanej nibieskiej odmiany. Technika RNAi została odkryta niewiele wcześniej, pod koniec lat 90-tych, a kluczowa publikacja pochodziła z 1998 roku autorstwa m. in. Andrew Fire i Craiga Mello, za co w 2006 roku obaj uczeni dostali Nagrodę Nobla z medycyny lub fizjologii.

Wtedy to badacze z Florigene postanowili użyć wyciszania genów do otrzymania mutanta DFR w czerwonej róży poprzez zablokowanie szlaku cyjanidyny. Następnie zamierzali włączyć do genomu róży gen delfinidyny oraz nowy gen DFR w celu umożliwienia syntezy delfinidyny. Japońska firma Suntory wpadła na ten sam pomysł - użycie RNAi do stworzenia syntetycznego genu w celu wyłączenia genu DFR w różowej róży. Wklonowali oni do niej nową wersję genu delfinidyny pochodzącego z bratków i połączyli go z jednoczesnym transferem genu DFR z irysów.

Sekwencje genu DFR róży i irysów są podobne, różnią się jednak od siebie na tyle w szczegółach, że naukowcy bez trudu opracowali spinki RNA wyciszające jedynie oryginalne geny DFR róży, natomiast pozwalające funkcjonować włączonym genom DFR z irysów. Potrójny konstrukt genowy (delfinidyna, DFR z irysów oraz siRNA przeciw DFR róży) funkcjonowała perfekcyjnie dając mocną ekspresję delfinidyny w płatkach róży.

Ponieważ od początku lat 90-tych miała miejsce współpraca firm Suntory i Florigene w wyścigu po to samo, a więc niebieskie odmiany kwiatów, w 2004 roku osiągnięto sukces - niebieskie róże. Już wcześniej firma Suntory Ltd. wprowadziła na rynek zmodyfikowane genetycznie niebieskie goździki (Dianthus caryophyllus) o nazwie Moondust. Są one sprzedawane w Japonii już od roku 1997.

W tej chwili naukowcy obu firm pracują nad modulacją koloru płatków kwiatów. Zauważyli oni, że ciemniejszy niebieski kolor można uzyskać poprzez obniżenie zakwaszenia w płatkach. Dla róży pH wynosi ok. 4,5, natomiast dla goździków 5,5. Badacze chcą za pomocą technologii RNAi wyciszyć geny, których produkty w jakiś sposób wpływają właśnie na zakwaszenie w roślinach lub w inny sposób modulują kolor płatków.

hlbiotech

źródło: Telegraph.co.uk, “World’s first blue roses on display in Japan”

———————————
Przeczytaj również:
- Niebieskie róże wkrótce do kupienia w Japonii
- UE zezwala na sprzedaż goździków GMO