Чтобы получить общее представление о том, как выглядит клетка растения, вообразите разрезанное яйцо вкрутую. Скорлупа – это клеточная оболочка. Белок – это цитоплазма, оживленное и тесно заполненное пространство, сделанное из желеобразного вещества. В нем находится клеточное ядро, а также различные мелкие тела, называемые органеллами, которые выполняют в клетках растений разные функции. Некоторые из этих органелл называются «хлоропласты». В них содержится хлорофилл – растительный пигмент, благодаря которому растения кажутся зелеными. В корнях и лепестках, не окрашенных в зеленый цвет, меньше хлоропластов, а в стеблях и листьях – больше. Также существуют органеллы, называемые хромопластами. Они содержат пигменты, чаще всего каротиноиды, которые отвечают за желтый и красный цвета. Представьте лист дерева, который осенью меняет цвет с желтого на зеленый. Дерево снижает выработку зеленого хлорофилла, и становится виден желтый каротиноидный пигмент, который всегда был в листе.
Теперь представьте, что яичный желток – это вакуоль, внутриклеточная полость, в которой содержатся вода, питательные вещества и метаболические отходы, а также вещества, называемые флавоноидами. В их число входят пигменты, интересующие Джона Мэйсона. Флавоноиды выполняют множество функций, но некоторые из них обеспечивают окраску от синего к розовому и от пурпурного к красному. Они встречаются только внутри заполненной жидкостью вакуоли. К примеру, флавоноиды, которые отвечают за окраску лепестков, называются «антоцианы». В эту группу входит красный или розовый пигмент цианидин, алый или кирпичный пигмент пеларгонидин и истинно синий дельфинидин. Когда вам встречается цветок с красными, пурпурными или розовыми прожилками на белом фоне, он так выглядит потому, что вакуоли некоторых клеток лишены антоцианов и кажутся белыми.
Так что во «Florigene» приступили к выделению генов, отвечающих за синтез дельфинидина, из вакуолей петунии. Потом эти гены вставляют в особые виды бактерий, которые могут проникать через клеточные стенки клеток розы и встраивать эти гены уже туда[20]. Это не самый сложный по стандартам генетики процесс, трудности начались позже.
«Если выделить из лепестка и собрать в пробирку весь пигмент, – объяснил Джон, – то можно узнать его химический состав. Допустим, мы получили стопроцентный дельфинидин. Однако в смеси будут присутствовать и другие компоненты, так называемые дополнительные факторы. Часть из них исследована, а часть до сих пор нет. По своей химической структуре они похожи на пигменты, но не имеют цвета. Эти факторы воздействуют на пигменты, модифицируя яркость и насыщенность оттенков; их содержание может меняться от цветка к цветку». Главная проблема – отсутствие знаний о том, как дополнительные факторы будут взаимодействовать с дельфинидином. Именно поэтому ученые работают с разными сортами роз, надеясь найти тот, в который добавить синий пигмент будет проще всего.
«При этом, – продолжил Джон, – существуют другие факторы, которые также влияют на цвет. Осмелюсь сказать, что о некоторых из них мы вообще ничего не знаем, что делает ситуацию еще более загадочной. Один из известных нам факторов – это уровень кислотности [pH] в вакуоли, где находятся пигменты. Например, если измельчить наши лиловые гвоздики, поместить полученный раствор в пробирку и поднять pH, чтобы сделать среду более щелочной, то цвет изменится на синий. Дельфинидин может служить хорошим индикатором кислотности – и это одна из причин, почему так сложно найти цветы действительно синего цвета. У кислотности в вакуолях, где находится пигмент, есть свой естественный предел».
Я спросила его о гортензии, цветы которой в кислой почве синеют. «Да, это тоже связано с кислотностью, – ответил он. – Хотя по-другому. В закисленных почвах растения получают ионы алюминия, которые для большинства из них токсичны. Так что растения пытаются убрать их куда-нибудь, где они не смогут причинить вред, например в вакуоли. Там ионы алюминия взаимодействуют с пигментами, и те становятся синее. Когда речь идет о дополнительных факторах, влияющих на окраску, важно не забывать об ионах цветных металлов. Например, васильки и гималайские маки окрашены в прекрасный синий цвет. На самом деле это цветы с красным пигментом. В случае васильков пигмент взаимодействует с ионами металла, если не ошибаюсь, с магнием, который вызывает изменение цвета на синий. Никто, включая нашу группу, с ионами металлов особо не работал, так что это один из наименее изученных факторов, влияющих на цвет. Может быть, в вакуолях каких-нибудь из роз Старого света больше ионов металлов, что приводит к появлению лилового или пурпурного оттенка, – не знаю точно, но это интересный вопрос».
20
Это не совсем верное описание процесса. Да, нужный ген изначально собирают в бактериях, в специальных конструктах, называемых плазмидами, – это способ организации бактериальной ДНК. Однако потом в клетки розы загоняют не клетки бактерий, а этот самый конструкт, который представляет собой только кусок ДНК. Это действительно стандартная процедура в молекулярной биологии.