Большое разнообразие цветов и пигментаций, существующих среди видов растений, является характеристикой, полученной из их фитохимического комплемента, который обычно относится к вторичным метаболитам. Растения не производят эти соединения неявным образом на благо людей, вместо этого используя их для различных биологически значимых функций, таких как защита от ультрафиолетового излучения и привлечение насекомых опылителей. Тем не менее, пигментация является одной из наиболее очевидных характеристик, которая привлекает людей к конкретным растениям и, следовательно, является общей целью генной инженерии, особенно у декоративных видов, для улучшения товарного вида. Во многих случаях цель состоит в создании цветовой окраски и рисунков, которые не были достигнуты с помощью традиционных методов селекции. Пути биосинтеза фенилпропаноидов и флавоноидов, которые приводят к накоплению хорошо известных антоциановых пигментов, являются общими целями для этих таких манипуляций, и было показано, что оба пути образуют метаболоны. Предлагаю рассмотреть конкретные примеры.
Клубника (Fragaria ananassa) культивируется во всем мире благодаря характерному вкусу, аромату и окраске. Клубника существует в основном в двух разных цветовых вариантах, красный и белый. В попытке изменить окраску белой чилийской клубники (Fragaria chiloensis ssp. Chiloensis f. Chiloensis) на коммерчески жизнеспособный красный, репрессор транскрипции, который влияет на путь биосинтеза флавоноидов, FcMYB1, был подавлен с помощью RNAi. Это привело к положительной регуляции антоцианинсинтазы, совершенной стадии получения пигментов антоцианина и подавлению антоцианидинредуктазы и лейкоантоцианидинредуктазы, смещающей поток от производства конденсированных танинов. Это увеличенное накопление антоцианинов, имело желаемый эффект, сдвигая окраску клубники от нативного белого до более удобного для потребителя красного.
Горечавка (Gentiána) - это большой род цветковых растений, состоящий из примерно 400 известных видов, многие из которых также обычно подразделяются на большое разнообразие различных сортов. Горечавка широко распространена и часто культивируется в декоративных целях из-за ее отличных цветов в форме трубы и естественных фиолетово-синих окрасок. Цветки японской горечавки приобретают свой синий цвет в результате накопления гентиодельфина, соединения антоцианов. Поэтому ряд исследований был сосредоточен на манипулировании путями биосинтеза флавоноидов в попытке получить уникально окрашенные разновидности горечавки. Например, было показано, что синие цветы можно превратить в бледно-голубые или белые цветы, практически не содержащие антоцианов, путем ингибирования CHS с помощью RNAi. Ингибирование F3'5'H с помощью RNAi приводило к пурпурным или розовым лепесткам, вероятно, за счет направления потока к производным антоцианинов на основе цианидина. Кроме того, ингибирование ANS, энзима с разветвленной цепью, способствующего выработке антоцианина, и 5,3 'ацетилтрансферазы (5/3' AT), фермента, дериватизирующего структуру ядра, с помощью RNAi уменьшало выработку гентидельфина, приводящего к белым цветам. Нацеливание на 5 / 3'AT особенно интригующе, так как большинство синтетических стратегий на сегодняшний день сфокусировано на ферментах, которые влияют на биосинтез структуры ядра флавоноидов. Здесь 5 / 3'AT может служить стабилизирующей ролью в флавоноидном метабоне, в дополнение к его прямому воздействию на биосинтез, что приводит к дестабилизации надмолекулярного комплекса, тем самым уменьшая накопление антоцианов и приводя к окрашиванию белых цветов. Влияние ферментов, дериватизирующих флавоноидный остов, на образование метабонов изучено недостаточно. Существует насущная необходимость разрешить вклад дериватизирующих ферментов в образование метабонов для дальнейшего их развития в качестве инструментов для метаболических манипуляций, таких как те, что наблюдаются у Горечавки.
Роза (Rosa hybrida) - один из самых популярных в мире видов декоративных растений, в котором особое внимание уделяется созданию новых цветных сортов с помощью генной инженерии. Это особенно верно в случае поиска натурального голубого сорта, который является хорошо изученной темой, поэтому здесь будет рассмотрен только краткий обзор. При создании розы глубокого пурпурного цвета было обнаружено, что трансформация генами Torenia hybrida A3'5'OMT и pansy F3′5′H позволяет накапливать метилированные антоцианы (мальвидин, петунидин и пеонидин), которые составляют до 88 % от общего количества антоцианидинов. С достижениями в области методов молекулярной биологии было показано, что «более истинная» голубая роза теперь может быть достигнута путем подавления РНКи нативного гена DFR розы при введении гена Iris x hollandica DFR и альта F3'5'H благодаря разница в субстратной специфичности двух DFR. Несмотря на то, что еще много исследований остается до того, как будет достигнута «истинная» голубая роза.
Манипулирование антоциановым путем доказало наличие многих оттенков, которые когда-то было трудно или даже невозможно получить с помощью традиционных методов селекции. По мере того, как знания об организации обмена веществ возрастают и учитываются в стратегиях метаболической инженерии, цветовая гамма расширяется и продолжает радовать нас, рядовых потребителей.