华南农业大学培育出世界首个胚乳富含虾青素的功能性营养水稻新种质

记者从华南农业大学获悉，该校生命科学学院院士、亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室刘耀光院士利用TGSII(转基因叠加)这一高效多基因载体系统，实现了水稻胚乳特异性合成虾青素的营养强化目标，培育出世界首个新型功能性营养水稻种质“aSTARice，虾青素米”，又称“红水晶米”。

据介绍，这是继2017年刘耀光院士团队率先创造出富含花青素的功能性营养稻种质“紫晶稻”后的又一重要科研成果。这一系列成果为我国开发和储备了一批营养价值高、色彩丰富的水稻新种质，极大地推动了植物合成生物学和作物生物强化研究的发展，表明我校在植物多基因转化技术和复杂代谢途径基因工程领域继续保持国际领先水平。

类胡萝卜素是重要的植物营养素，而虾青素是一种橙红色的类胡萝卜素色素，是类胡萝卜素的最高形式，具有超强的抗氧化活性。目前，虾青素已在烟草、番茄、马铃薯、玉米、莴苣等植物中合成。然而，由于水稻胚乳中完全缺乏类胡萝卜素前体，目前仍没有水稻胚乳中合成有效虾青素的报道。

刘耀光院士团队通过分析水稻中类胡萝卜素合成途径基因的表达模式，发现水稻胚乳中与类胡萝卜素合成相关的基因大多处于不表达或低表达状态。在此基础上，结合对“黄金大米”的分析，鉴定出类胡萝卜素合成途径的4个关键基因，即八氢番茄红素合成酶基因(sZmPSY1)、八氢番茄红素脱氢酶基因(sPaCrtI)、-胡萝卜素酮酶基因(sCrBKT)和-胡萝卜素羟化酶基因(sHpBHY)。利用水稻胚乳特异性启动子和自主开发的高效多基因TGSII系统，在水稻胚乳中重构了不同基因组合的类胡萝卜素/酮胡萝卜素/虾青素的生物合成途径。

结果表明，2个基因(sZmPSY1和sPaCrtI)、3个基因(sZmPSY1、sPaCrtI和sCrBKT)和4个基因(sZmPSY1、sPaCrtI、sCrBKT和sHpBHY)聚合转化水稻，分别获得了富含黄色-胡萝卜素的黄金米、橙红色角黄素米和虾青素米新种质。因此，引入上述四个基因的最小组合，可以实现水稻胚乳中虾青素的从头生物合成，获得富含虾青素、抗氧化活性高的虾青素水稻。

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