華南農大利用代謝工程創制“赤晶米”新種質

記者從華南農業大學獲悉，該校生命科學學院、亞熱帶農業生物資源保護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TGSII（TransGene Stacking II），實現了在水稻胚乳特異合成蝦青素的營養強化目標，培育出世界首例胚乳富含蝦青素的新型功能營養型水稻種質“aSTARice，蝦青素米”，也稱“赤晶米”。相關研究成果10月5日發表在《分子植物》。

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

類胡蘿卜素是一類重要的植物營養素，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模式，發現大多數類胡蘿卜素合成的相關基因在水稻胚乳中處于不表達或低表達狀態。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）四個類胡蘿卜素合成途徑的關鍵基因，利用水稻胚乳特異性啟動子和自主開發的高效多基因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。從而證實，導入上述四個基因的最小組合就能夠在水稻胚乳中實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。