2023年8月8日，PNAS在線發(fā)表了江蘇科技大學(xué)生物技術(shù)學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部蠶桑遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室譚安江團(tuán)隊(duì)題為“Engineering a complex, multiple enzyme-mediated synthesis of natural plant pigments in the silkworm, Bombyx mori” 的研究論文，該研究首次報(bào)道了在昆蟲（家蠶）中構(gòu)建天然植物化合物的多基因生物合成途徑，從而高效合成一種水溶性植物色素-甜菜紅素。
豐富多彩的天然植物色素不僅為大千世界增添了靚麗的風(fēng)景，同時(shí)也具有重要的經(jīng)濟(jì)和藥用價(jià)值，其復(fù)雜的生物合成途徑也一直是被關(guān)注的重要科學(xué)問題。甜菜紅素是僅存在于石竹目植物中的一類水溶性天然植物色素，具有抗氧化、降血脂、抗炎癥和抗糖尿病等多種作用，常被用作優(yōu)質(zhì)的食品添加劑。此外，由于甜菜紅素具有肉眼可見的亮紅色，也被作為一個(gè)優(yōu)良的可視化分子標(biāo)記。已有研究證明在微生物以及擬南芥等異源植物中可以實(shí)現(xiàn)甜菜紅的多基因合成，而目前利用動(dòng)物模型合成甜菜紅素尚無報(bào)道。本項(xiàng)研究通過遺傳轉(zhuǎn)化在家蠶中導(dǎo)入了甜菜紅素合成通路的多個(gè)基因（CYP76AD1、 DODA 和 Glucosyltransferase），成功實(shí)現(xiàn)了甜菜紅素在蠶體內(nèi)的高效合成。在利用廣譜性啟動(dòng)子IE1調(diào)控基因表達(dá)的遺傳轉(zhuǎn)化家蠶中，甜菜紅素主要在幼蟲和蛹的體液中積累，其含量達(dá)到274μg/ml；在利用絲腺特異啟動(dòng)子FibH調(diào)控基因表達(dá)的遺傳轉(zhuǎn)化家蠶中，甜菜紅素主要在幼蟲絲腺中合成并積累，并隨著吐絲過程分泌到蠶繭中。在繭層中的甜菜紅素可在室溫下用水溶出回收，其含量達(dá)到14.4μg/mg。該研究不僅證實(shí)甜菜紅素可作為昆蟲遺傳轉(zhuǎn)化研究的可視化分子標(biāo)記，也為今后利用家蠶生物反應(yīng)器開展天然化合物的規(guī)模化制備開辟了新的途徑。
譚安江團(tuán)隊(duì)長期致力于利用基因編輯等方法開展昆蟲功能遺傳學(xué)研究，并聚焦蠶業(yè)生產(chǎn)關(guān)鍵需求，為專養(yǎng)雄蠶（PNAS, 2013；PNAS, 2018a）、提高病毒抗性（Journal of Virology, 2017）、拓展絲腺生物反應(yīng)器（PNAS，2018b）、調(diào)控桑葉專食性（PLoS Biology，2019）等方面的應(yīng)用提供了一系列優(yōu)良種質(zhì)素材。該論文的第一和通訊作者署名單位均為江蘇科技大學(xué)，陳凱博士為第一作者，譚安江研究員為通訊作者，團(tuán)隊(duì)其他成員以及美國加州大學(xué)Irvine分校Anthony James教授參與了該項(xiàng)工作。該研究得到了國家自然科學(xué)基金和江蘇省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)資助。
論文鏈接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2306322120
