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) 。

PSY

GGPP 还原酶

植基二磷酸 尿黑酸

甲基植基苯醛

尿黑酸ＨＧＧＴ

生育三烯酚

HPT

MPBOMT

甲基植基苯醛

环化酶

δ- 生育酚 γ- 生育酚

β- 生育酚 α- 生育酚

γTMT

异戊烯焦磷酸 (IPP)

GGPS牦牛儿基牦牛基焦磷酸（ GGPP ）

八氢番茄红素

六氢番茄红素

ξ- 胡萝卜素

链孢红素

番茄红素

α 胡萝卜素β 胡萝卜素

ZDS

PDS

PDS

ZDS

LycB LycE+LycB

IPI

DMAPP

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。

2．研究过表达ggps基因对维生素合成的影响。

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

（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

研究方法及手段

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.

预期研究成果

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

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 .

AB

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.

谢谢大家