[发明专利]籽粒富铁/锌和尼克酰胺的转基因农作物的培育法及应用

说明书

技术领域

本发明属于农作物育种和基因工程领域，特别涉及一种新的水稻转基因材料、相关基因及功能；具体地讲，涉及胚乳超表达尼克酰胺合成酶(NAS)基因后培育的转基因水稻及其在富铁锌保健方面的应用。

背景技术

铁锌等微量元素虽然含量甚微，却是人体50％-70％的酶的组成成分，在维持正常生命活动过程中担任了不可替代的作用。由于不合理的饮食结构和生活方式，铁锌微量营养元素缺乏症已成为影响人类健康的重要因素，被称为“第二饥饿”。据报道，世界人口的66％～80％可能存在铁缺乏，其中20亿人是贫血，主要是由铁素缺乏造成的[1，2]；缺铁性贫血可导致不良怀孕、母婴的死亡率提高、影响婴儿的心智发育、降低免疫功能、增加疲劳感以及使工作效率低下等，对人类的健康造成很大的威胁。锌缺乏在发展中国家也是很普遍，影响着约20亿人口，锌缺乏可导致侏儒、男性不育症和免疫功能降低等。根据我国政府最近公布的数据表明，我国目前22％的5岁以下儿童患由缺铁引起的贫血症，而在农村高达50％的6个月以下婴儿患缺铁引起的贫血症。同时由于缺乏锌等微量元素而引起的疾病也在不断蔓延。根据国家统计局调查的数据，因铁锌等微量元素缺乏引起的营养不良造成的年度损失高达300亿人民币(相当于36亿美元)，占国民生产总值的3％-4％。因此，微量元素强化营养对维持人众健康至关重要。因此，通过各种传统育种及现代生物技术手段来提高各种主要粮食，尤其是作为超过半数的人口的主粮水稻的铁、锌含量及生物有效性一直受到各国所重视，并成为国际生物强化(Harvestplus)计划的研究重点^[3]。

通过改良稻米品质从而改善民众的铁营养状况包括二方面的工作。一是要提高稻米中铁锌素的绝对含量；二是要提高稻米中微量元素的营养效价，即生物有效性。在提高铁含量方面，国际水稻所对几千份的水稻种质资源进行了元素含量分析，发现其中一些所谓的高铁水稻品种，其铁元素成份主要集中于水稻种子的外层，在经过加工的精米中铁含量没有显著提高，因此对改善民众的缺铁状况并无帮助。用植物转基因技术的方式，将大豆铁蛋白(Ferritin)基因在水稻的胚乳中高效表达，能提高稻米的铁素含量^[4，5]，但由于稻米中存在着大量植酸等营养抑制剂，这些超积累铁蛋白并不能被人体或动物很好地吸收^[5]，即铁素的生物有效性不高。提高铁的生物有效性可以通过降低或消除营养抑制剂的方法。

只有当稻米中存在分解植酸的植酸酶或者铁吸收的促进剂(如维生素C)存在时，稻米中的铁素才能很好地被利用^[5，6]。此外，二价铁盐(如FeSO4)，合成性螯合剂(EDTA)等形式存在的铁素，较易被动物及人类吸收利用，是铁强化食品的主要形式。但由于这些铁强化制剂都不是天然存在的，作为食品的添加剂在使用时有较高的成本，在我国或其他的发展中国家推广有一定的困难。

尼克酰胺(NA)在水稻中主要行使了两个方面的功能^[7]：首先，它在代谢途径中作为麦根酸类物质(MAs)的合成前体，可以促进铁素从土壤中的吸收；另一方面，它自身又广泛存在于植物体内，作为Fe(II)/Zn等二价金属离子的鳌合物存在，参与铁锌等金属离子在体内的运输与固定。通过转基因的手段在植物体组织中超量表达尼克酰胺合成酶(NAS)基因，以提高NA的含量，不仅可提高植物的铁锌的吸收效率，提高可食用部分的铁锌等微量元素的含量；还能通过其与铁素螯合作用，提高食用植物器官的铁生物有效性，因而具有明显的应用价值。目前尚无在水稻胚乳中表达NAS基因，提高水稻铁素含量和有效性的报道。

上述参考文献具体如下：

[1].WHO.(2003)(http://www.who.int/nut/malnutrition_worldwide.htm#ida).

[2].Frossard E，Bucher M，Machler F，Mozafar A，Hurrell R (2000).Potential for increasing thecontent and bioavailability of Fe，Zn，and Ca in plants for human nutrition.J Sci Food Agric80：861-879.

[3].http://www.harvestplus.org/index.html