Rood kleuren
Planten zijn fantastische chemische fabrieken. Dus wanneer synthetische voedselkleurstoffen verboden worden is het niet meer dan logisch om naar door planten geproduceerde alternatieven te kijken. Zoals bijvoorbeeld betalain, van nature gemaakt door bieten en hun familie. Een nieuwe studie van Amerikaanse onderzoekers verkent de mogelijkheden om betalain door andere planten te laten produceren.
Betalain is de kleurstof die je vingers rood kleuren bij het snijden van bietjes. Ze zijn dus een uitstekend alternatief voor synthetische rode kleurstoffen. Het enige probleem is, bieten bewaren is een beetje een dingetje. Om zowel de betalain productie op te schroeven als de opslag makkelijker te maken verkende de onderzoekers of ze andere planten zo ver konden krijgen om het te produceren. Met de focus op Arabidopsis, tabaksplanten en sojabonen.
Bieten produceren betalain door tyrosine om te zetten in L-DOPA en vervolgens in betalain. Om andere planten betalain te laten produceren hebben onderzoekers grofweg twee opties. De eerste is het geven van de benodigde genen om betalain te kunnen produceren uit tyrosine. Dit wordt ook wel een “pull” aanpak genoemd, omdat het de tyrosine weghaalt waar de plant het normaal gezien voor gebruikt. De tweede aanpak wordt de “push & pull” aanpak genoemd, omdat het niet alleen tyrosine weghaalt waar het normaal wordt ingezet, maar ook nog eens de aanmaak van tyrosine opschaalt. De onderzoekers analyseerde de effecten van elke aanpak apart, maar om het simpel te houden bespreek ik hier alleen de “push & pull” aanpak.
Ruby rode planten
In het begin faalde de onderzoekers gigantisch. Er werden geen stabiele transgene betalian producerende planten geproduceerd. Dit onderzoekend vonden de onderzoekers dat alhoewel L-DOPA geproduceerd werd, dit niet voor de productie van betalain gebruikt werd. Dus paste ze het construct dat ze aan de planten gaven zo aan dat het twee keer de hoeveelheid enzymen produceerde die L-DOPA omzette in betalain dan enzymen die tyrosine omzetten in L-DOPA. Dit lijkt het te werken. Planten met het “push & pull” construct kleurde ruby rood.
Voor tabaksplanten werkte dit redelijk, al waren ze net iets kleiner dan normale tabaksplanten. Voor sojabonen lijkt de aanpak zelfs nog beter te werken, de planten waren net zo groot. Maar niet alle zaden van de volgende generatie ontkiemde, en diegene die dat wel deden waren hemizygoot, wat betekend dat ze maar een kopie van het “push & pull” construct erfde. En alhoewel dit geen probleem is voor de huidige generatie, betekent het dat niet alle zaden van de volgende generatie de genen hebben om betalain te produceren. Voor Arabidopsis pakte de aanpak om betalain te produceren niet goed uit. De planten, ook al waren ze ruby rood, hadden veel groeidefecten en produceerden geen zaden.
Nog wat extra aanpassingen nodig
Dus alhoewel de betalain productie goed werkte in sojabonen en tabaksplanten waren er nog een paar dingen om te optimaliseren. De groeidefecten en het falen om levensvatbare zaden te produceren suggereert toxiciteit. Waarschijnlijk komt deze toxiciteit door de opeenstapeling van tussenproducten die de plant beschadigen. Dit suggereert dat de timing van wanneer de extra tyrosine productie start en wanneer de betalain productie start beter op elkaar afgestemd moeten worden, door bijvoorbeeld de extra tyrosine productie pas te laten beginnen nadat de zaden zijn ontkiemd. Dit is dan ook een van de dingen die de onderzoekers nu gaan testen.
Dus het is mogelijk om ander plantensoorten de ruby rode betalain te laten produceren. Al is het wel zo, zoals deze studie aantoont, dat niet alle soorten er even geschikt voor zijn. Maar voordat betalain op grote schaal door andere planten dan bieten geproduceerd kan worden zijn er nog wat aanpassingen nodig in de “push & pull” aanpak. Zodat elke generatie ruby rode planten net zo veel kans maken om te ontkiemen en de betalain producerende genen te erven als de vorige.
Literatuur
Soyoung Jung, Marcos V V de Oliveira, Ray Collier, Abou Yobi, Ruthie Angelovici, Shawn M Kaeppler, Hiroshi A Maeda, Chassis Selection and Metabolic Fine-Tuning Enable Efficient in planta Betalain Production, Plant Physiology, 2026;, kiag337, https://doi.org/10.1093/plphys/kiag337
Plant en Zo 