Pomarańczowy kalafior

(Cornell University)

Czy znacie pomarańczowe kalafiory? Warzywo przyszłości? Kaprys szalonych naukowców, którym przeszkadzał stary dobry biały kalafior?

Historia pomarańczowego kalafiora zaczyna się w Kanadzie. Tam na polu w Bradford Marsh w 1970 odkryto tego mutanta. W literaturze naukowej występuje on pod nazwą Or (od Orange - pomarańczowy). Niedawno udało się znaleźć genetyczne podstawy tej zadziwiającej mutacji.

W miedzy czasie na rynku amerykańskim pojawiły się odmiany pomarańczowego kalafiora, u nas zupełnie nieznanego. Hodowcom zajęło prawie 20 lat wyhodowanie dużej i smacznej odmiany pomarańczowego kalafiora. Pierwszy znaleziony mutant dawał bowiem mniejsze i mniej smaczne kwiaty niż typ dziki kalafiora (typ dziki to określenie organizmu wyjściowego niemutowanego, nietransformowanego). Efektem tych prac jest kwiat kalafiora o zawartości prowitaminy A (karoten) 25 razy większej niż w białym kalafiorze. Temu zawdzięcza on swój przykuwający wzrok kolor.

Czym jest beta-karoten i podobne mu substancje (karotenoidy)? To zróżnicowana grupa barwników występujących powszechnie w przyrodzie. U roślin pełnią funkcje anten światła oraz chronią rośliny przed jego nadmiarem. Z karotenoidów powstaje roślinny hormon, kwas abscysynowy, odpowiedzialny m.in. za odcinanie liści na jesień. Jesienne barwy liści od złota do czerwieni to zasługa właśnie karotenoidów, które uwidaczniają się gdy drzewa usuną chlorofil z liści. Karotenoidy nadają barwę owocom i są prekursorami substancji zapachowych i smakowych. Dla ludzi karotenoidy są głównym źródłem prowitaminy A, która chroni przed chorobami krążenia, oczu oraz przed nowotworami.

Karotenoidy występują w roślinie w chloroplastach (zielone struktury komórkowe odpowiedzialne za fotosyntezę) oraz w chromoplastach (pokrewne struktury, nie fotosyntetyzują). Przykład: Każdy z was widział kiedyś zielone młode pomidory. Z czasem dojrzewania stają się czerwone, zamieniają zieleń na czerwień. To przełomowy moment sterowany przez wiele genów. Ten proces polega na przekształceniu chloroplastów w chromoplasty bogate w czerwony karotenoid – likopen. Natomiast podobny do kalafiora kwiat brokułu posiada właśnie chloroplasty, a zawarty w nich chlorofil nadaje mu zielony kolor co czyni go zdrowszym niż zwykły biały kalafior. Biały kalafior nie posiada chromoplastów w jadalnym kwiecie

Cóż się wydarzyło, że rosnący sobie na polu kalafior spontanicznie zmutował i postanowił wypełnić pomarańczowym barwnikiem kwiaty? Tego dokładnie nie wiadomo. Niedawno zespół prof. Li z Cornell University odkrył molekularną przyczynę tej mutacji. Okazało się, że jeden z ponad stu „skaczących genów” (retrotranspozon) występujących w genomie kapustowatych, „wskoczył” w inny gen  (od skutku mutacji nazywany teraz Or). Ten gen u pomarańczowego kalafiora został uszkodzony, ale nie zniszczony. Powstała mutacja sprawia, że uszkodzone białko kodowane przez uszkodzony gen, uruchamia powstawanie chromoplastów. Zaś ich obecność pobudza inne szlaki, skutkując wypełnieniem chromoplastów przez karotenoidy. Na pytanie dlaczego uszkodzenie białka objawia się nabyciem nowej cechy nie znaleziono jeszcze odpowiedzi. Jestem pewien, że to nie ostatnia publikacja na ten temat.

Jakie to ma znaczenie? Przeprowadzono transformację ziemniaków kalafiorowym genem Or. Gen poprzez użycie odpowiedniego promotora (sterownika) uaktywnia się w bulwach. Pojawienie się produktu genu Or w bulwie ziemniaczanej uruchamia proces zamiany amyloplastów (komórkowych struktur zawierających skrobie) w chromoplasty zawierające karotenoidy. Ich zawartość wzrosła z bardzo niskiego poziomu aż 6-krotnie. Transgeniczne bulwy miały pomarańczowy miąższ. Dotychczasowe wysiłki, których sztandarowym przykładem jest Golden Rice, skupiały się na manipulacji szlakiem syntezy karotenoidów. Odkrycie, że wzbogacenie w karotenoidy możliwe jest poprzez regulację rozwoju komórki roślinnej, otwiera nowe drogi modyfikacji mającej na celu zwiększenie wartości odżywczych.

Fioletowy sycylijski kalafior to już zupełnie inna historia...

 

Źródła:

Lu et al., Plant Cell, vol. 18, 2006

Li et al., Phytochemistry, vol. 67, 2006