華南農(nóng)大利用代謝工程創(chuàng)制“赤晶米”新種質(zhì)

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來源：科學(xué)網(wǎng)

2018-10-18

類胡蘿卜素是一類重要的植物營養(yǎng)素，而蝦青素是一類橙紅色類胡蘿卜色素，為類胡蘿卜素的最高級形式，具有超強抗氧化活性。目前已在煙草、番茄、土豆、玉米、生菜等植物中實現(xiàn)了蝦青素的合成。

記者從華南農(nóng)業(yè)大學(xué)獲悉，該校生命科學(xué)學(xué)院、亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國家重點實驗室劉耀光院士團隊利用高效的多基因載體系統(tǒng)TGSII（TransGene Stacking II），實現(xiàn)了在水稻胚乳特異合成蝦青素的營養(yǎng)強化目標(biāo)，培育出世界首例胚乳富含蝦青素的新型功能營養(yǎng)型水稻種質(zhì)“aSTARice，蝦青素米”，也稱“赤晶米”。相關(guān)研究成果10月5日發(fā)表在《分子植物》。

據(jù)介紹，這是劉耀光院士團隊繼2017年率先創(chuàng)制富含花青素的功能營養(yǎng)型水稻種質(zhì)“紫晶米”后，又一重要科研成果。該系列成果為我國開發(fā)、儲備了一批營養(yǎng)價值高、色彩豐富的水稻新種質(zhì)，極大地推動了植物合成生物學(xué)和作物生物強化研究領(lǐng)域的發(fā)展，表明我校在植物多基因轉(zhuǎn)化技術(shù)和復(fù)雜代謝途徑的基因工程領(lǐng)域繼續(xù)保持了國際領(lǐng)先水平。

類胡蘿卜素是一類重要的植物營養(yǎng)素，而蝦青素是一類橙紅色類胡蘿卜色素，為類胡蘿卜素的級形式，具有超強抗氧化活性。目前已在煙草、番茄、土豆、玉米、生菜等植物中實現(xiàn)了蝦青素的合成。然而，由于水稻胚乳中完全缺乏類胡蘿卜素前體，在水稻胚乳合成有效蝦青素的研究仍未見報道。

劉耀光院士團隊通過分析水稻類胡蘿卜素合成途徑基因的表達(dá)模式，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)類胡蘿卜素合成的相關(guān)基因在水稻胚乳中處于不表達(dá)或低表達(dá)狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合對“黃金大米（Golden Rice）”的分析，確定了八氫番茄紅素合成酶基因（sZmPSY1）、八氫番茄紅素脫氫酶基因（sPaCrtI）、β-胡蘿卜素酮化酶基因（sCrBKT）和β-胡蘿卜素羥化酶基因（sHpBHY）四個類胡蘿卜素合成途徑的關(guān)鍵基因，利用水稻胚乳特異性啟動子和自主開發(fā)的高效多基因TGSII系統(tǒng)，在水稻胚乳中重新構(gòu)建了不同基因組合的類胡蘿卜素/酮式胡蘿卜素/蝦青素的生物合成途徑。

該研究結(jié)果表明：雙基因（sZmPSY1和sPaCrtI），三基因（sZmPSY1， sPaCrtI和sCrBKT）和四基因（sZmPSY1， sPaCrtI， sCrBKT和sHpBHY）聚合轉(zhuǎn)化水稻，分別獲得了篩選標(biāo)記刪除，富含黃色β-胡蘿卜素的黃金大米、橙紅色的角黃素大米和蝦青素大米新種質(zhì)。從而證實，導(dǎo)入上述四個基因的最小組合就能夠在水稻胚乳中實現(xiàn)蝦青素的從頭生物合成，獲得富含高抗氧化活性蝦青素的蝦青素大米。

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