Новости

Sep 16, 2023

Гетерологичный биосинтез могрозидов в огурцах и томатах методом генетических манипуляций

Том коммуникативной биологии

Биология связи, том 6, Номер статьи: 191 (2023) Цитировать эту статью

2096 Доступов

12 Альтметрика

Подробности о метриках

Могрозиды широко используются в качестве ценных натуральных бескалорийных подсластителей, которые проявляют целый ряд биологических активностей и позволяют создавать растительные вкусы с помощью современной молекулярной биотехнологии. В этом исследовании мы разработали стратегию укладки генов на основе In-fusion для укладки трансгенов и мультигенный вектор, содержащий 6 генов биосинтеза могрозидов, и трансформировали его в Cucumis sativus и Lycopersicon esculentum. Здесь мы показываем, что трансгенный огурец может продуцировать могрозид V и сиаменозид I в концентрации 587 нг/г сырой массы и 113 нг/г сырой массы соответственно, а культивируемые трансгенные томаты содержат могрозид III. Это исследование предлагает стратегию улучшения вкуса овощей, открывающую путь к гетерологическому биосинтезу могрозидов.

Предпочтение вкуса пищи пронизывает всю эволюционную историю человечества, и иногда это предпочтение превышало потребности человека в питании. Вкусы играют решающую роль в предпочтениях в еде, а вкус дает ощущение удовольствия, что имеет важное значение для улучшения аппетита, пищеварения и увеличения скорости использования питательных веществ1. Более того, люди уже начали улучшать вкус овощей и фруктов, что в конечном итоге привело к регулированию расходов на диету и улучшению здоровья человека2. За последние полвека цель селекции – высокая продуктивность сельскохозяйственных культур – косвенно привела к снижению вкуса и питательных веществ3. Из-за генетической связи качественные характеристики, по-видимому, отрицательно связаны с урожайностью, а желаемый вкус, высокая урожайность и высокое качество являются сложными признаками, контролируемыми множеством генов4. Таким образом, в целом селекция растений для улучшения вкуса остается серьезной проблемой из-за высокой урожайности и хорошего качества. С 1983 года значительные достижения в области трансгенной биотехнологии позволили упростить и осуществить селекцию для улучшения вкуса и питательных качеств5. Как было показано ранее, в современных коммерческих сортах томатов наблюдается очевидное отсутствие летучих веществ, связанных со вкусом. Следовательно, ученые модифицировали растения томата так, что плоды приобретают лимонный вкус и аромат розы за счет экспрессии гераниолсинтазы Ocimum basilicum6. Кроме того, широко признано, что TomLoxC влияет на вкус плодов томата, катализируя биосинтез летучих C5 и C6, полученных из липидов7. Более того, предыдущие исследования показали, что трансформация гена VpVAN, регулирующего биосинтез ванилина, изменила уникальный вкус перца8. Очевидно, что селекция растений с использованием гомологичных или гетерологичных трансгенов, связанных со вкусом, стала популярной темой исследований, которая, вероятно, продолжится и в будущем.

Предпочтение сладости — это своего рода человеческий инстинкт, а сладость называют фундаментальным гедонистическим удовольствием9. Сладкие продукты с сахаром в качестве основного ингредиента заметно увеличивают ожирение, диабет и сердечно-сосудистые заболевания во всех возрастных группах во всем мире10; таким образом, необходимо изучить подсластители, не содержащие сахара, для использования в ежедневном рационе. Точно так же ученые преобразовали сладкие на вкус белки в огурцы11, помидоры12,13, клубнику14, груши15 и салат13,16 для выведения сладких культур. Однако сладкие белки обычно были ограничены из-за высокой цены, недостаточного предложения, плохого вкуса, короткого срока хранения и стабильности17. В 1983 году в Китае был обнаружен могрозид V, не содержащий сахара подсластитель, выделенный из уникальных плодов Siraitia grosvenorii (Cucurbitaceae; Luo-han-guo или монах-фрукт)18,19,20, и был одобрен FDA в 2010 году. могрозиды делятся на несколько сладких компонентов, таких как могрозид III, сиаменозид I и могрозид V. Сладость могрозидов различается в зависимости от количества сайтов гликозилирования и гликозилирования21. Большим преимуществом могрозида V является его превосходный вкус по сравнению со вкусом стевиозидов, рубузозида и глицирризина, которые обычно имеют слегка горьковатый вкус22,23. Интересно, что этот натуральный подсластитель с антигликирующим эффектом24 обладает высокой сладостью, низкой калорийностью и нетоксичен; ее сладость примерно в 300 раз выше, чем у сахарозы25,26; и история его медицинского использования составляет >300 лет27. Могрозиды были одобрены и использованы всеми признанными брендами в стране и за рубежом, и к концу сентября 2019 года они применялись в более чем 4300 продуктах по всему миру. В Китае могрозиды считаются своего рода безопасный, нетоксичный и натуральный подсластитель, который широко используется в пищевой промышленности, производстве напитков и фармацевтической промышленности и имеет большой коммерческий потенциал во всем мире27. В 2011 году наша группа исследовала путь биосинтеза могрозида V, и впервые были клонированы 40 ключевых генов, кодирующих ферменты28, что позволило получить донорские гены для селекции сельскохозяйственных культур для улучшения сладкого вкуса. Согласно литературе, предшественник биосинтеза могрозида V, 2,3-оксидосквален, широко встречается в растениях29 (дополнительный рисунок S1). Поэтому жизненно важно трансформировать различные гены могрозида V-синтазы в растения-кандидаты для создания сладких растений, и эти трансгенные растения также могут быть использованы в качестве многообещающего материала для производства могрозида V.