記者從華南農業(yè)大學(xué)獲悉，該校生命科學(xué)學(xué)院、亞熱帶農業(yè)生物資源保護與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗室劉耀光院士團隊利用高效的多基因載體系統TGSII（TransGene Stacking II），實(shí)現了在水稻胚乳特異合成蝦青素的營(yíng)養強化目標，培育出世界首例胚乳富含蝦青素的新型功能營(yíng)養型水稻種質(zhì)“aSTARice，蝦青素米”，也稱(chēng)“赤晶米”。相關(guān)研究成果10月5日發(fā)表在《分子植物》。
據介紹，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(yíng)養型水稻種質(zhì)“紫晶米”后，又一重要科研成果。該系列成果為我國開(kāi)發(fā)、儲備了一批營(yíng)養價(jià)值高、色彩豐富的水稻新種質(zhì)，極大地推動(dòng)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化技術(shù)和復雜代謝途徑的基因工程領(lǐng)域繼續保持了國際領(lǐng)先水平。
類(lèi)胡蘿卜素是一類(lèi)重要的植物營(yíng)養素，而蝦青素是一類(lèi)橙紅色類(lèi)胡蘿卜色素，為類(lèi)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(shí)現了蝦青素的合成。然而，由于水稻胚乳中完全缺乏類(lèi)胡蘿卜素前體，在水稻胚乳合成有效蝦青素的研究仍未見(jiàn)報道。
劉耀光院士團隊通過(guò)分析水稻類(lèi)胡蘿卜素合成途徑基因的表達模式，發(fā)現大多數類(lèi)胡蘿卜素合成的相關(guān)基因在水稻胚乳中處于不表達或低表達狀態(tài)。在此基礎上，結合對“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(gè)類(lèi)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(dòng)子和自主開(kāi)發(fā)的高效多基因TGSII系統，在水稻胚乳中重新構建了不同基因組合的類(lèi)胡蘿卜素/酮式胡蘿卜素/蝦青素的生物合成途徑。
該研究結果表明：雙基因（sZmPSY1和sPaCrtI），三基因（sZmPSY1， sPaCrtI和sCrBKT）和四基因（sZmPSY1， sPaCrtI， sCrBKT和sHpBHY）聚合轉化水稻，分別獲得了篩選標記刪除，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(shí)，導入上述四個(gè)基因的最小組合就能夠在水稻胚乳中實(shí)現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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