研究发现类胡萝卜素生产必要条件

2020年8月19日PNAS报道，由西班牙农业基因组学研究中心(Centre for Research in Agricultural Genomics，CRAG)和植物分子和细胞生物学研究所(Institute for Plant Molecular and Cellular Biology，IBMCP)的研究者合作发现了一种改善植物生长的有前途的策略，通过八氢番茄红素(phytoene)将叶绿体转化为生产和储存大量类胡萝卜素的原生质体。该研究有望为作物的营养改良以及化妆品、制药和食品加工用类胡萝卜素的可持续生产开辟了新的方法。

类胡萝卜素是一种天然色素，普遍存在于动物、高等植物、真菌、藻类的黄色、橙红色或红色的色素之中，是人类维生素A的主要来源。尽管植物绿色组织的叶绿体中也含有类胡萝卜素，但高浓度类胡萝卜素主要聚集在原生质体中，原生质体主要由花朵和果实中的叶绿体转化形成，这种转变使水果和蔬菜由绿色变成黄色或红色。但是叶片中的叶绿体通常不会转化为原生质体。

此次研究表明，可以通过刺激八氢番茄红素的产生使这种转变过程在叶片中发生，八氢番茄红素是类胡萝卜素合成途径中第一个代谢产物，可以形成不同类型的类胡萝卜素的化合物。该研究首次表明，当八氢番茄红素的含量超过一定阈值时，它会减弱叶绿体的光合作用能力，然后八氢番茄红素转化为类胡萝卜素，被抑制功能的叶绿体转化为含有大量类胡萝卜素的原生质体。该研究还表明光合能力的丧失和类胡萝卜素的合成是从叶绿体向原生质体转变的必要条件，该研究结果将带来巨大价值，为增加叶片和植物其他绿色部分的营养价值提供方法。

这个方法目前在所有被测试的植物中都有效，当光合作用是不必要的(例如在收获之前)，该方法就可以在作物的可收获组织中积累类胡萝卜素。研究者表示，这是一项应用广泛的技术，不仅适用于农业生产，也适用于诸如天然色素和营养食品等类胡萝卜素的可持续生产。该方法已经申请专利，研究者正在改进该方法使其适用于工业生产。

吴晓燕编译自https://phys.org/news/2020-08-method-biofortification-nutrient.html

原文链接：https://www.pnas.org/content/early/2020/08/13/2004405117

原文标题：Synthetic conversion of leaf chloroplasts into carotenoid-rich plastids

reveals mechanistic basis of natural chromoplast development