植物中过表达维生素代谢调控基因的研究 报告人：曹海燕

目录 简介 国内外研究现状 研究目的意义 技术路线 研究方法及手段 预期结果

简介： 维生素A:人和动物营养、生长所必需的有机化合物，对机体的新陈代谢、生长发育、健康有极重要的作用。 维生素A原： β-胡萝卜素与含有β-环的胡萝卜素（如α-胡萝卜素、γ-胡萝卜素和β-隐黄质）是人类及动物体内维生素A（retinol）的合成前体。 维生素E：是一种脂溶性维生素，天然产物有8种类型，分别为αβγδ- 生育酚(tocopherol)和αβγδ- 生育三烯酚(tocotrienol)。

LycB LycE+LycB 异戊烯焦磷酸(IPP) IPI DMAPP GGPP还原酶 GGPS 牦牛儿基牦牛基焦磷酸（GGPP） 植基二磷酸 尿黑酸 PSY HPT 八氢番茄红素 PDS MPBOMT 尿黑酸 ＨＧＧＴ 六氢番茄红素 甲基植基苯醛 甲基植基苯醛 PDS ξ-胡萝卜素 环化酶 ZDS δ-生育酚 γ-生育酚 链孢红素 ZDS 生育三烯酚 γTMT 番茄红素 LycB LycE+LycB β-生育酚 α-生育酚 β胡萝卜素 α胡萝卜素

国内外研究现状 在植物花色形成和果实成熟时期，类胡萝卜素生物合成和积累的主要调控机制多表现为类胡萝卜素生物合成基因的转录及转录后调控。在番茄、辣椒等的果实和花瓣中，由于类胡萝卜素合成途径中番茄红素的上游基因psy、pds等基因的表达增加，而下游的lycB、lycE等基因的表达却大幅度下降直至消失，因此颜色为红色的番茄红素的合成大量积累，从而使番茄和辣椒的果实以及花瓣的颜色变得鲜艳。另外有些转录因子或基因也可以对类胡萝卜的生物合成起到调控的作用。 Welsch等人在2007年在拟南芥的研究中发现，APETALA2即乙烯相应元件结合蛋白家族中的AtRAP2.2能够结合psy基因启动子上的一个主要调控区，从而影响psy和pds的转录，进而对总类胡萝卜素的合成起到有效的调控。

2006年，Lu等首次克隆并验证了花椰菜的Or基因在调控类胡萝卜素合成的重要作用后，随后Lopez等又将由土豆颗粒结合型淀粉合成酶基因启动子（GBSS）特异性表达的来自橘黄色花椰菜Or基因，通过农杆菌介导的转基因方法转入土豆中，进一步验证了Or基因在类胡萝卜素合成途径中的调控机制，即通过控制色素母细胞的分化及调控体的形成来间接地影响类胡萝卜素的合成。 一些小分子的分子伴侣也能调控质体的分化，如番茄热休克蛋白21（HSP21）通过促进叶绿体向有色体的转化从而增加类胡萝卜素的积累。

人类及动物中生育酚的作用主要与α-生育酚的活性水平相关，生育酚 能够淬灭细胞膜上的自由基，保护不饱和脂肪酸免受伤害。维生素E研 究集中于α生育酚，近年来关于饮食中α-生育酚的潜在功能的研究较 多。Torbert R.rocheford等用生物技术，对染色体区域的控制α及 γ-生育酚的水平及比例的基因进行分子标记作图，希望育种学家可以 利用这些图选择理想的等位基因提高玉米中的α及γ-生育酚的水平， 而不必进行HPLC。将γ生育酚甲基转移酶基因在拟南芥中过表达增强 γ生育酚向α生育酚转变已经实现，正在将此方法用于其他植物。

研究目的意义 1. 在植物中过表达ipi、ggps、psy、pds、LycB、lycE五个关键酶基因， 研究维生素的变化。 3. 维生素E合成途径中的生育酚在植物中具有抗氧化剂和光合保护的功能， 过表达ggps是否提高了植物抗氧化性 4.在玉米中过表达维生素代谢调控相关基因已有研究，但品种多是一些不 适宜中国种植的品种。我们所做的玉米吉A2911，天五在中国很广泛的 种植。过表达维生素A原和维生素E相关基因不仅可以提高营养价值，还 可以提高玉米的抗氧化性、耐盐性等。 5.洋桔梗一直很受大众喜爱，在洋桔梗中过表达维生素代谢调控相关基因 可以改变洋桔梗的花色，为花卉选育做出贡献。

总技术路线

对阳性植株的研究包括： 亚细胞定位 光合作用测量 分析整合位点 抗逆性 代谢途径的研究

研究方法及手段 （1）载体的验证：PCR、酶切 （2）植物受体：玉米、洋桔梗 （3）外植体到植株：组织培养 （4）分子检测：PCR检测、RT-PCR检测、 southern检测 （5）维生素A原和维生素E含量的分析：HPLC （6）不同转基因阳性植株光合作用的检测：光合仪

预期研究成果 Insaf Thabet,Gre´ gory Guirimand, Anthony Guihur et al.Characterization and subcellular localization of geranylgeranyl diphosphate synthase from Catharanthus roseus .Mol Biol Rep.2012 (39):3235–3243. Our results clearly indicate that CrGGPS is located to plastids within stroma and stromules.

提高类胡萝卜素及维生素E的含量 B A A:孙桂乐. 多毛番茄GGPS基因对提高番茄中番茄红素含量的功能研究[D].中国农业科学院,2010. B:Torbert R. Rocheford, Jeffrey C. Wong, Cem O. Egesel et al. Enhancement of Vitamin E Levels in Corn[J], Journal of the American College of Nutrition.2002, 21(3) :191–198 .

增加植物抗逆性 孙桂乐. 多毛番茄GGPS基因对提高番茄中番茄红素含量的功能研究[D].中国农业科学院,2010.

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