Меню

Что за цвет антоциановый



Группа компаний «Униконс»

Продвижение и реализация пищевых добавок, антисептиков и другой продукции НПО Альтернатива.

«Антисептики Септоцил»

Септоцил. Бытовая химия

Септоцил — ваш выбор в борьбе за чистоту

«Петритест»

Микробиологические экспресс-тесты. Первые результаты уже через 4 часа.

  • Вы здесь:
  • Библиотека технолога
  • Пищевые добавки и ингредиенты
  • Смирнов Е.В — Пищевые красители.

6.13. Антоцианы, Е163

Красители разрешены в России и странах ЕС и США для широкого круга пищевых продуктов (главы 2-4).

Красители представляют собой очищенные экстракты, полученные из сырья, содержащего антоцианы – винограда, краснокочанной капусты, черноплодной рябины, бузины, черной моркови, вишни, черной смородины, гибискуса, штокрозы и др. Наряду с антоцианами, обусловливающими красную окраску различных тонов, содержит также широкий набор бесцветных или желтых полифенольных соединений, преимущественно флавоноидов.

6.13.1. Распространенность антоцианов в природе

Антоцианы обусловливают специфическую красную, фиолетовую и синюю окраску цветов, фруктов и ягод. Содержание антоцианов в мг на 100 г (мг%) составляет: черешня – до 2840, вишня – до 2500, рябина черноплодная – 940-1960, черная смородина – 360-1500, красная смородина – 80-760, виноград «Саперави» – 390-600, виноград «Изабелла» – 220-490, слива – до 360, малина – 70-210, земляника – до 200, рябина обыкновенная – до 65, красные яблоки – до 25.

Антоцианы являются одними из самых распространенных в природе пигментов. Известны десятки видов растительного сырья, предложенных в качестве источников антоцианов. Однако несмотря на большое число потенциальных источников, преимущественно используются виноград, краснокочанная капуста, бузина, черноплодная рябина, черная (фиолетовая) морковь.

Краситель из винограда используются уже более 140 лет, преимущественно из выжимок винограда как побочного продукта виноделия. Виноград – наиболее важная культура для получения антоциановых красителей. В 1995 г. общее производство винограда оценивалось в 60 млн т, из которых около 50% использовалось в виноделии. Это поистине безграничный источник дешевого сырья для производства антоцианового красителя.

6.13.2. Химический состав антоциановых красителей

Антоцианины представляют собой 3-гликозидные производные полиоксифлавилиевых солей – антоцианидинов. В настоящее время в природе идентифицировано около 275 антоцианинов. Известно 22 антоцианидина, из которых 18 идентифицировано в природе. Но только 6 из них – пеларгонидин, цианидин, дельфинидин, пеонидин, петунидин и мальвидин – характерны для пищевых продуктов.

Пеонидин: R = ОСН3; R’ = Н

Мальвидин: R, R` = OCH3

Дельфинидин: R, R` = OCH

Петунидин: R = ОСН3; R’ = ОН

X – : анион кислоты

Цвет антоцианидинов определяется числом оксигрупп. В ряду: пеонидин – цианидин – мальвидин – дельфинидин в кислой среде цвет изменяется от оранжево-красного до сине-красного. При рН 6,0 цвет всех антоцианов переходит в фиолетовый, а при рН 10 – в зеленый.В растениях пигменты находятся в виде гликозидов (антоцианинов) и очень редко – в виде агликонов (антоцианидинов). Одна из причин этого заключается в том, что связь с сахаром стабилизируют молекулы: антоцианины значительно стабильнее антоцианидинов. В порядке убывания распространенности в составе антоцианинов сахара можно расположить в следующей последовательности: глюкоза, рамноза, галактоза, ксилоза и арабиноза. Антоцианины могут быть также ацилированы по остаткам Сахаров одной или более кислотами – я-кумаровой, феруловой, кофейной или алифатическими кислотами – уксусной или малоновой.

Антоцианины винограда представлены производными 5 антоцианидинов (агликонов) – цианидина, пеонидиона, мальвидина, петунидина и дельфинидина, одного сахара – глюкозы, трех кислот – уксусной, кумаровой и кофейной. Виноград содержит широкую гамму антоцианов, сорт «конкорд», например – 31 разновидность антоцианов – наибольшее количество из всех сортов винограда. Краснокочанная капуста содержит 15 антоцианинов, при этом все – на основе цианидина, глюкозы, феруловой и фумаровой кислот.

Растения, содержащие антоцианы, содержат также разнообразные флавоноиды. Флавоноиды винограда включают 3-глюкозиды, 3-галактозиды, 3-глюкорониды, 3-глюкозил-арабинозид кемферола; 3-глюкозид, 3-глюкоронид, 3-рутинозид, 3-глюкозил-галактозид, 3-глюкозилксилозидкверцетина; мирицетин; мерицитин- 3-глюкуронид; изорамнетин-З-тлюкозид; дшидрокверцетин-З-рамнозид;, дигидрокемферол-З-ршпозид.

В винограде идентифицированы также (+)-катехин, (-)-эпикатехин, (+)-галлокатехин, (-)-эпигаллокатехин, эпикатехин-галлат, катехин-галлат, катехин- катехин-галлат, различные танины; ряд фенольных кислот – и-гидроксибензойная, салициловая, галловая, коричная, и-кумарил-винная, кофеил-винная, ферулоилвинная, w-кумарил-гликозид, ферулоил глюкозид, резвератрол. Структуры некоторых компонентов приведены ниже.

Состав виноградного экстракта еще более усложняется полимерными продуктами, образующимися при ассоциации с катехинами и флавоноидами. Поэтому точная спецификация антоцианового красителя невозможна.

Коммерческие спецификации обычно ограничиваются интенсивностью окрашивающей способности, общей кислотностью, содержанием сухих веществ, золы, тяжелых металлов, диоксида серы, танинов и спирта. Красящая способность красителей из винограда и краснокочанной капусты часто оценивается как поглощение при длине волны 520 нм в цитратном буфере при рН 3,0 (соответственно 1 и 10%-ного растворов в кювете с толщиной слоя 1 см).

Характеристики экстракта кожуры винограда (E163ii) и экстракта черной смородины (E163iii) и требования к их чистоте согласно спецификациям ФАО/ВОЗ представлены в табл. 6.22. Спецификация ФАО/ВОЗ на антоцианины (E163i) отменена в 1984 г.

Характеристики экстракта кожуры винограда (Е163ii) и экстракта черной смородины (E163iii) и требования к чистоте согласно спецификациям ФАО/ВОЗ [5]

6.13.3. Факторы, определяющие обесцвечивание антоцианов

Гликозидная группировка в 3-положении обусловливает относительную стабильность антоцианов по сравнению с антоцианидинами, образующимися при гидролизе гликозидного остатка. Последние быстро разлагаются в водных растворах с необратимой потерей цвета.

Флавилиевое ядро по своей природе является электронодефицитным и поэтому высокоактивным в реакциях с большинством нуклеофилов – водой, перекисью водорода, сульфит-ионом и др. Это приводит к нежелательным цветовым изменениям антоцианов при обработке и хранении пищевых продуктов,

На обесцвечивание антоцианов влияют преимущественно величина рН, температура, кислород, аскорбиновая кислота, углеводы (сахара) и продукты их распада, сернистый газ.

Интенсивность окраски антоцианов в соках значительно зависит от рН среды. Оранжево-красная окраска натурального земляничного сока полностью исчезает при рН 5,5; красная окраска антоцианов вишни – при рН 4,8. В фруктово-ягодных соках при рН 2,7-4,7 интенсивность окраски антоцианов составляет 60-10% от максимальной. На рис. 6.5 показаны изменение поглощения цианидин-3-рамноглюкозида в интервале рН 0,71-4,04.

Рис.6.5. Спектры поглощения цианидин-3-рамноглюкозида в интервале рН 0,71-4,04(18]

Структурные превращения антоцианинов на примере мальвидин-3-глюкозида при изменении рН иллюстрирует рис. 6.6.

Рис. 6.6. Структурные превращения мальвидин-3-глюкозида при изменении рН

Повышение температуры резко снижает стабильность антоцианов. Так, например, время полураспада антоцианов земляники падает с 1300 ч при 20 °С до 240 ч при 38 °С. В пределах 45-110 °С существует линейная зависимость температуры и количества разложившегося красителя.Наличие кислорода и аскорбиновой кислоты в растворе ускоряет распад антоци- анов. В обескислороженных растворах антоцианы и аскорбиновая кислота в отдельности достаточно стабильны, при этом краситель стабильнее витамина. Совместное присутствие красителя и кислоты приводит к более быстрому исчезновению обоих компонентов.

Читайте также:  Кал черно зеленый цвет

Влияние сахарозы, глюкозы и фруктозы на распад антоцианов разными авторами оценивается противоречиво.

Продукты распада Сахаров – фурфурол, 5-оксиметилфурфурол, левулиновая кислота и др. – оказывают на антоцианы разрушающее действие. Чем больше продуктов распада Сахаров, тем интенсивнее разрушение антоцианов. Минимальное содержание оксиметилфурфурола, при котором заметно интенсифицируется распад антоцианов, составляет 5-8 мг на 100 г продукта.

Сульфитное обесцвечивание антоцианов является весьма важным процессом, так как сернистый газ используется для консервации пищевых продуктов, содержащих антоцианы. Реакция обесцвечивания антоцианов бисульфитом обратима – при подкислении антоциан полностью регенерируется (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Взаимодействие антоцианов с бисульфитом

Постоянно проводятся исследования по поиску путей повышения стабильности антоциановых красителей. Установлено, что получение с этой целью ассоциатов антоцианов между собой или с другими соединениями типа флавоноидов, полисахаридов, белков, танинов и других полифенольных соединений малоэффективно. Межмолекулярные реакции, возможно, важны для стабилизации цвета в живой растительной ткани (in vivo), но не имеют значения для стабилизации препаратов красителя.

Установлено, что натуральные ацилированные антоцианы более стабильны, чем их неацилированные аналоги, кроме того, они имеют максимумы поглощения при 560-600 и/или 600-640 нм в слабокислых или нейтральных растворах, т. е. эти соединения окрашены при рН выше 4,0, когда обычные антоцианы обесцвечиваются. Запатентовано несколько разновидностей растений в качестве источников ацили- рованных антоцианов как потенциальных пищевых красителей. Однако среди них «нормальными» пищевыми источниками являются только краснокочанная капуста и сладкий картофель. Производство таких пигментов в будущем может быть перспективно методами биотехнологии через культуры тканей. Разумеется, если такие пигменты получат законодательное одобрение.

6.13.4. Получение антоциановых красителей

Обобщенная схема получения антоциановых красителей включает следующие операции:

  • подготовку и измельчение сырья; ферментацию;
  • экстракцию растворителями или прессование мезги;
  • фильтрацию;
  • концентрирование;
  • стабилизацию;
  • сушку (при получении сухих красителей).

Измельчение сырья и ферментация способствуют увеличению выхода красящих веществ. Экстрагирование осуществляют слабыми водными или водноспирто- выми растворами органических или минеральных кислот.

Присутствие двуокиси серы в экстракционной среде обеспечивает более эффективную экстракцию пигментов, а также увеличивает стабильность конечного продукта. Сульфитно-антоциановый комплекс бесцветен и должен быть разрушен до концентрирования и фильтрации экстракта.

Очистка сырого экстракта может включать фракционирование на ионообменной колонке. Такая очистка позволяет получать более чистый, но более дорогой продукт.

Концентрирование осуществляют в вакууме. Эффективных стабилизаторов антоцианов не найдено, для этой цели используются пищевые кислоты и сахар.

Научно-исследовательским институтом пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии (Москва) разработан ОСТ 10-093-96 «Красители натуральные пищевые. Технические условия», распространяющийся, в том числе на концентрированные красители из ягод, соков и выжимок из них. Красители предназначены для окрашивания пищевых концентратов, кондитерских и ликероводочных изделий, безалкогольных напитков. Ассортимент антоциановых красителей включает концентрированные жидкие красители: бузиновый, вишневый, ежевичный, черничный, черноплодно-рябиновый и черносмородиновый.

ОСТ 10-093-96 предусматривает показатели качества натуральных красителей, приведенные в табл. 6.23.

В красителях регламентируется содержание токсичных элементов, микотокси- нов, пестицидов, нитратов, а также микробиологическая чистота.

По имеющейся информации, в 2008 г. в России натуральные антоциановые красители не производились.

Показатели качества натуральных красителей согласно ОСТ 10-093-96

Источник

Антоцианы: секреты цвета

Несколько столетий назад началась одна из самых интересных и красивых историй в биологической науке — история изучения цвета у растений. Растительные пигменты антоцианы сыграли важную роль в открытии законов Менделя, мобильных генетических элементов, РНК-интерференции — все эти открытия были сделаны благодаря наблюдениям за окраской растений. На сегодняшний день биохимическая природа антоцианов, их биосинтез и его регуляция достаточно подробно исследованы. Полученные данные позволяют создавать необычно окрашенные сорта декоративных растений и сельскохозяйственных культур. Голубая роза — теперь уже не сказка.

Что такое антоцианы? Немного о химии

Последнее время в российских и зарубежных СМИ часто появляются сообщения о чудо-фруктах, чудо-овощах и чудо-цветах с необычной окраской, которая или не встречается у данных видов растений, или встречается, но очень редко. Фурор среди российской общественности недавно произвела новость о новом сорте картофеля «Чудесник» с фиолетовой окраской мякоти, созданном селекционерами из Уральского НИИ сельского хозяйства (рис. 1). В числе овощей с непривычной для нас фиолетовой окраской можно также упомянуть капусту, перец, морковь, цветную капусту. Заметим, что все допущенные к выращиванию в коммерческих целях сорта фиолетовых овощей, фруктов и злаков были созданы в ходе селекционной работы, это не генномодифицированные сорта.

Еще один пример — голубая роза, мечта не одного поколения селекционеров и садоводов. До 2004 года синие бутоны у розы можно было получить лишь с помощью химических красителей, например индиго, которые впрыскивали в корни белой розы (см. «Химию и жизнь», 1989, №6). В 2004 году методами генетической инженерии впервые в мире была получена настоящая голубая роза (рис. 2).

Эти и другие смелые манипуляции с окраской, которые пресса называет «чудесами», стали возможными благодаря всестороннему исследованию природы антоциановой пигментации и генетической составляющей биосинтеза антоциановых соединений.

Сегодня достаточно хорошо изучены такие растительные пигменты, как флавоноиды, каротиноиды и беталаины. Всем известны каротиноиды моркови, а к беталаинам относятся, например, пигменты свеклы. Группа флавоноидных соединений вносит наибольший вклад в разнообразие оттенков цветов у растений. К данной группе относятся желтые ауроны, халконы и флавонолы, а также главные герои этой статьи — антоцианы, которые окрашивают растения в розовые, красные, оранжевые, алые, пурпурные, голубые, темно-синие цвета. Кстати, антоцианы не только красивы, но и очень полезны для человека: как выяснилось в ходе их изучения, это биологически активные молекулы.

Итак, антоцианы — растительные пигменты, которые могут присутствовать у растений как в генеративных органах (цветках, пыльце), так и в вегетативных (стеблях, листьях, корнях), а также в плодах и семенах. Они содержатся в клетке постоянно либо появляются на определенной стадии развития растений или под действием стресса. Последнее обстоятельство навело ученых на мысль, что антоцианы нужны не только для того, чтобы яркой окраской привлекать насекомых-опылителей и распространителей семян, но и для борьбы с различными типами стрессов.

Читайте также:  Как узнать цвет автомобиля иномарки

Первые опыты по изучению антоциановых соединений и их химической природы провел известный английский химик Роберт Бойль. Еще в 1664 году он впервые обнаружил, что под действием кислот синий цвет лепестков василька изменяется на красный, под действием же щелочи лепестки зеленеют. В 1913–1915 годах немецкий биохимик Рихард Вильштеттер и его швейцарский коллега Артур Штоль опубликовали серию работ, посвященных антоцианам. Из цветков различных растений они выделили индивидуальные пигменты и описали их химическое строение. Оказалось, что антоцианы в клетках находятся преимущественно в виде гликозидов. Их агликоны (базовые молекулы-предшественники), получившие название антоцианидинов, связаны преимущественно с сахарами глюкозой, галактозой, рамнозой. «За исследования красящих веществ растительного мира, особенно хлорофилла» в 1915 году Рихард Вильштеттер был удостоен Нобелевской премии по химии.

Известно более 500 индивидуальных антоциановых соединений, и число их постоянно увеличивается. Все они имеют С15-углеродный скелет — два бензольных кольца А и В, соединенные С3-фрагментом, который с атомом кислорода образует γ-пироновое кольцо (С-кольцо, рис. 3). При этом от других флавоноидных соединений антоцианы отличаются наличием положительного заряда и двойной связи в С-кольце.

При всем их огромном многообразии антоциановые соединения — производные лишь шести основных антоцианидинов:пеларгонидина, цианидина, пеонидина, дельфинидина, петунидина и мальвидина, которые отличаются боковыми радикалами R1 и R2 (рис. 3, таблица). Поскольку при биосинтезе пеонидин образуется из цианидина, а петунидин и мальвидин — из дельфинидина, можно выделить три основных антоцианидина: пеларгонидин, цианидин и дельфинидин — это и есть предшественники всех антоциановых соединений.

Модификации основного С15-углеродного скелета создают индивидуальные соединения из класса антоцианов. В качестве примера на рис. 4 приведена структура так называемого небесно-синего антоциана, который окрашивает цветки вьюнка ипомеи в голубой цвет.

Возможны варианты

В какой цвет окрасят растение антоцианы, зависит от многих факторов. В первую очередь окраску определяют структура и концентрация антоцианов (она повышается в условиях стресса). Голубой или синий цвет имеют дельфинидин и его производные, красно-оранжевый — производные пеларгонидина, а пурпурно-красную — цианидина (рис. 5). При этом голубой цвет обусловливают гидроксильные группы (см. таблицу и рис. 4), а их метилирование, то есть присоединение CH3-групп, приводит к покраснению («International Journal of Molecular Sciences», 2009, 10, 5350–5369, doi:10.3390/ijms10125350).

Кроме того, пигментация зависит от pH в вакуолях, где накапливаются антоциановые соединения. Одно и то же соединение в зависимости от сдвига в величине кислотности клеточного сока может приобретать различные оттенки. Так, раствор антоцианов в кислой среде имеет красный цвет, в нейтральной — фиолетовый, а в щелочной — желто-зеленый.

Однако pH в вакуолях может варьировать от 4 до 6, и, следовательно, появление синей окраски в большинстве случаев нельзя объяснить влиянием pH среды. Поэтому были проведены дополнительные исследования, которые показали, что антоцианы в клетках растений присутствуют не в виде свободных молекул, а в виде комплексов с ионами металлов, которые как раз и имеют синюю окраску («Nature Product Reports», 2009, 26, 884–915). Комплексы антоцианов с ионами алюминия, железа, магния, молибдена, вольфрама, стабилизированные копигментами (в основном флавонами и флавонолами), называются металлоантоцианинами (рис. 6).

Локализация антоцианов в тканях растений и форма клеток эпидермиса тоже имеют значение, поскольку определяют количество света, достигающего пигментов, а следовательно, интенсивность окраски. Показано, что цветки львиного зева с эпидермальными клетками конической формы окрашены ярче, чем цветки мутантных растений, клетки эпидермиса которых не могут принять такую форму, хотя и у тех и других растений антоцианы образуются в одном и том же количестве («Nature», 1994, 369, 6482, 661–664).

Итак, мы рассказали, чем обусловлены оттенки антоциановой пигментации, почему они разные у разных видов или даже у одних и тех же растений в разных условиях. Читатель может сам поэкспериментировать со своими домашними растениями, понаблюдав за изменением их окрасок. Возможно, в ходе этих экспериментов вы добьетесь желаемого оттенка цвета и ваше растение выживет, но оно уж точно не передаст этот оттенок своим потомкам. Чтобы эффект был наследуемым, необходимо разобраться еще в одном аспекте формирования цвета, а именно в генетической составляющей биосинтеза антоцианов.

Гены синего и лилового

Молекулярно-генетические основы биосинтеза антоцианов изучены достаточно полно, чему немало поспособствовали мутанты различных видов растений с измененной окраской. На биосинтез антоцианов, а следовательно, и на окраску влияют мутации в трех типах генов. Первый — гены, которые кодируют ферменты, участвующие в цепи биохимических превращений (структурные гены). Второй — гены, определяющие транскрипцию структурных генов в нужное время в нужном месте (регуляторные гены). Наконец, третий — гены транспортеров, переносящих антоцианы в вакуоли. (Известно, что антоцианы в цитоплазме окисляются и формируют агрегаты бронзового цвета, токсичные для клеток растений («Nature», 1995, 375, 6530, 397–400).)

На сегодняшний день все стадии биосинтеза антоцианов и осуществляющие их ферменты известны и подробно исследованы методами биохимии и молекулярной генетики (рис. 7). Из многих видов растений выделены структурные и регуляторные гены биосинтеза антоцианов. Знание особенностей биосинтеза антоциановых пигментов у конкретного вида растения позволяет манипулировать его окраской на генетическом уровне, создавая растения с необычной пигментацией, которая будет передаваться из поколения в поколение.

Селекция и генные модификации

«Горячие точки» для модификации цвета у растений — это главным образом структурные и регуляторные гены. Методы, с помощью которых можно модифицировать окраску растений, делятся на два типа. К первому относятся методы селекции. Выбранный вид растения путем скрещивания получает гены от доноров — растений близкородственного вида, имеющих нужный признак. Сорт картофеля «Чудесник», по словам его автора, заведующей отделом селекции картофеля ГНУ Уральского НИИ СХ, доктора сельскохозяйственных наук Е. П. Шаниной, был создан именно методом селекции.

Еще один яркий пример — это пшеница с пурпурным и голубым цветом зерна, обусловленным антоцианами (рис. 8). В дикой природе пшеницу с пурпурным зерном впервые обнаружили в Эфиопии, где, по всей видимости, и появился данный признак, а затем отвечающие за него гены удалось ввести методами селекции в возделываемые сорта мягкой пшеницы. Пшеница с голубым зерном в природе не встречается, но зато голубое зерно имеет родственник пшеницы — пырей. Скрещивая пырей и пшеницу и ведя отбор по данному признаку, селекционеры получили пшеницу с голубым зерном («Euphytica», 1991, 56, 243–258).

Читайте также:  Комикс синий самый теплый цвет

В этих примерах в геном пшеницы были введены регуляторные гены. Иными словами, пшеница имеет функциональный аппарат биосинтеза антоцианов (все ферменты, необходимые для биосинтеза, у нее в порядке). Регуляторные гены, полученные от родственных видов, только запускают у пшеницы «машину биосинтеза антоцианов» именно в зерне.

Сходный пример, но уже с использованием второй группы методов манипуляции с окраской — методов генетической инженерии — это получение томатов с повышенным содержанием антоцианов («Nature Biotechnology», 2008, 26, 1301–1308, doi:10.1038/nbt.1506). В норме спелые томаты содержат каротиноиды, в том числе жирорастворимый антиоксидант ликопин, из флавоноидов у них были обнаружены в небольших количествах нарингенин халкон (2′,4′,6′,4-тетрагидроксихалкон, см. рис. 8) и рутин (гликозированный 5,7,3′,4′-тетрагидроксифлавонол). Вводя в растения генетическую конструкцию, содержащую регуляторные гены биосинтеза антоцианов львиного зева Ros1 и Del под управлением промотора E8, активного в плодах томата, международная группа ученых получила помидоры с высоким содержанием антоцианов — интенсивного лилового цвета (рис. 9).

Все это были примеры манипуляций с регуляторными генами. Пример использования генетической инженерии изменения окраски за счет структурных генов биосинтеза антоцианов — пионерская работа, проведенная в 80-е годы немецкими учеными на петунии («Nature», 1987, 330, 677–678, doi:10.1038/330677a0). Впервые в истории генно-инженерными методами была изменена окраска растения.

В норме растение петунии вовсе не содержит пигментов, производных от пеларгонидина. Чтобы разобраться, почему так происходит, вернемся к рис. 7. Для фермента DFR (дигидрофлавонол-4-редуктазы) петунии самый предпочтительный субстрат — дигидромирицетин, менее предпочтительный — дигидрокверцетин, а дигидрокемпферол вовсе не используется в качестве субстрата. Совершенно другая картина субстратной специфичности этого фермента у кукурузы, DFR которой «предпочитает» как раз дигидрокемпферол. Вооружившись этими знаниями, Мейер использовал мутантную линию петунии, у которой отсутствовали ферменты F3’H и F3’5’H. Глядя на рис. 7, нетрудно догадаться, что данная мутантная линия накапливала дигидрокемпферол. А что произойдет, если ввести в мутантную линию генетическую конструкцию, содержащую ген Dfr кукурузы? В клетках петунии появится фермент, который, в отличие от «родного» DFR петунии, способен превращать дигидрокемпферол в пеларгонидин. Именно таким способом исследователи получили петунию с нехарактерной для нее кирпично-красной окраской цветков (рис. 10).

Рис. 10. Слева мутантная линия петунии с бледно-розовой окраской венчика из-за присутствия следовых количеств антоцианов — производных цианидина и дельфинидина, справа — генетически модифицированное растение петунии, накапливающее антоцианы — производные пеларгонидина («Nature», 1987, 330, 677–678)

Однако не всегда у исследователей под рукой есть такие удобные мутанты, поэтому чаще всего при модификации окраски растений приходится «выключать» ненужную ферментативную активность и «включать» ту, которая нужна. Именно такой подход был применен при создании первой в мире розы с голубой окраской бутонов (рис. 2, 11).

У роз, созданных усилиями селекционеров, окраска лепестков варьирует от ярко-красных и нежно-розовых до желтых и белоснежных. Интенсивное изучение биосинтеза антоцианов у роз позволило установить, что они не имеют F3’5’H активности, а фермент DFR розы использует в качестве субстратов дигидрокверцетин и дигидрокемпферол, но не дигидромирицетин. Поэтому при создании голубой розы ученые выбрали следующую стратегию. На первом этапе у розы «отключили» ее собственный фермент DFR (для этого применялся подход, основанный на РНК-интерференции), на втором — в геном розы ввели ген, кодирующий функциональный F3’5’H анютиных глазок (виолы), на третьем добавили ген Dfr ириса, который кодирует фермент, производящий из дигидромирицетина дельфинидин — предшественник антоцианов с синей окраской. При этом чтобы ферменты F3’5’H анютиных глазок и F3’H розы не конкурировали друг с другом за субстрат (то есть за дигидрокемпферол, рис. 7), для создания голубой розы был выбран генотип с отсутствием F3’H активности.

Еще один пример удивительных возможностей, которые открывают перед нами накопленные данные о биосинтезе флавоноидных пигментов в сочетании с методами генетической инженерии, — это получение растений торении с желтыми цветками (рис. 12).

Известно, что желтую окраску имеют два типа пигментов: ауроны, класс пигментов флавоноидной природы, которые окрашивают в ярко-желтый цветки львиного зева и георгин, и каротиноиды, пигменты цветков томатов и тюльпанов. Было установлено, что ауроны у львиного зева синтезируются из халконов при посредстве двух ферментов — 4’CGT (4’халконгликозилтрансферазы) и AS (ауреузидинсинтазы). Введение генетических конструкций с генами 4’Cgt и As львиного зева в растения торении (в норме цветки у них синие) совместно с ингибированием биосинтеза антоциановых пигментов привело к накоплению ауронов, и, следовательно, цветки такого растения оказались ярко-желтыми. Подобную стратегию можно использовать для получения желтой окраски цветков не только у торении, но также у герани и фиалки («Proceedings of the National Academy of Sciences USA», 2006, 103, 29, 11075–11080, doi:10.1073/pnas.0604246103).

Приведенные примеры — это лишь малая доля манипуляций, которые ученые сегодня производят с биосинтезом антоцианов. Все это стало возможным благодаря исследованиям биохимической природы пигментов, а также особенностей их биосинтеза у различных видов растений, как на уровне ферментов, так и на молекулярно-генетическом уровне. Накопленный к настоящему времени багаж знаний об антоциановых соединениях открыл неисчерпаемые возможности для создания декоративных растений с необычной окраской, а также культурных видов растений с повышенным содержанием антоциановых пигментов. И хотя достижения селекции — необычно окрашенные овощи и фрукты — уже сейчас доступны покупателям в некоторых странах, декоративные растения, созданные методами генетической инженерии, пока еще редки. Из-за ряда нерешенных трудностей, таких, например, как стабильность наследования модифицированной окраски, они еще не коммерциализированы (за исключением некоторых сортов петунии, голубой розы, лиловой гвоздики). Однако работа в этом направлении продолжается. Будем надеяться, что в скором времени появятся радующие глаз «чудеса науки», доступные всем любителям прекрасного.

Источник