中国的研究人员已经开发出一种基因工程方法，能够同时提供许多基因并用它来制造水稻胚乳 - 为发育中的植物胚胎提供营养的种子组织 - 产生高水平的抗氧化剂增强色素，称为花青素。由此产生的紫色胚乳大米具有降低某些癌症，心血管疾病，糖尿病和其他慢性疾病风险的潜力。这项工作将于6月27日出现在Molecular Plant杂志上。
“我们开发了一种高效，易于使用的转基因堆积系统，称为TransGene Stacking II，可以在单一载体中组装大量基因用于植物转化，”资深研究作者华南刘耀光说。农业大学。“我们设想这种载体系统在合成生物学和代谢工程这个时代将有许多潜在的应用。”
迄今为止，已经使用基因工程方法来开发富含β-胡萝卜素和叶酸的水稻，而不是花青素。尽管这些促进健康的化合物在一些黑色和红色水稻品种中天然丰富，但它们在抛光的米粒中不存在，因为去除了稻壳，麸皮和胚芽，仅留下胚乳。
先前在水稻中设计花色素苷的尝试失败了，因为潜在的生物合成途径非常复杂，并且难以有效地将许多基因转移到植物中。
为了应对这一挑战，刘和他的同事们首先着手确定在水稻胚乳中设计花青素产生所需的基因。为此，他们分析了不同水稻品种中花色素苷途径基因的序列，并确定了不产生花青素的粳稻和籼亚种的缺陷基因。
基于此分析，他们开发了一种转基因堆积策略，用于在粳稻和籼稻品种的胚乳中特异性表达8种花色素苷途径基因。得到的紫色胚乳米在胚乳中具有高的花色素苷水平和抗氧化活性。“这是在植物中设计如此复杂的代谢途径的第一次证明，”刘说。
将来，这种转基因堆叠载体系统可用于开发植物生物反应器，用于生产许多其他重要营养素和药用成分。就其自身而言，研究人员计划评估紫色胚乳水稻作为生物强化食品的安全性，并且他们还将尝试设计其他作物中花青素的生物合成以产生更多的紫色胚乳谷物。
“我们的研究提供了一种高效的载体系统，用于堆叠多种基因用于合成生物学，并使其可用于在水稻和其他作物如玉米，小麦和大麦的胚乳中设计复杂的生物合成途径，”刘说。