[发明专利]玉米花色素苷调节基因Lc应用于快速培育高黄酮含量红米水稻及方法和表达载体

说明书

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域，具体说，是涉及玉米花色素苷调节基因Lc应用于快速培育高黄酮含量红米水稻及方法和表达载体。

背景技术

水稻是世界上最重要的粮食作物之一，全球至少有一半人口以稻米为主粮。随着生活水平的提高，具有较高保健价值的功能性水稻新品种培育已越来越受到人们的关注。

类黄酮，又称黄酮类物质，是一类在植物界广泛存在的低分子量的多酚类次生代谢产物。目前已有较多文献报道，黄酮类化合物是一类生物活性很强的物质，是一种天然的抗氧化剂，具有降低心肌耗氧量、防治血管硬化等作用，具有抗衰老、增强机体免疫力、抗癌防癌等功效(Knekt等，Am. J. Epidemiol.，1997，146(3)：223-230； Knekt等，Eur. J. Clin. Nutr.，2000，54(5)：415-417；Middleton等，Pharmacol Rev.，2000，52(4)：673-751；Williams等，Free Radical Biol Med.，2004，36(7)：838–849)。黄酮类物质对人体具有多种保健功效，目前它在增强人体免疫力以及防治多种慢性病等方面的作用越来越受到人们的重视。

在有色水稻稻米中含有类黄酮中的重要成员，花色素与糖基结合形成的花色苷。Koide等试验表明，红米的花色素苷水解产物能明显抑制肿瘤细胞的生长（Koide等，Cancer Biother Radiopharm，1996，11(4)：273-277）。Ling等的研究显示，采用红米饲养兔子，能够降低动脉粥样硬化斑块面积，而且还能够提高血清高密度脂蛋白胆固醇（HDL）和载脂蛋白AI（ApoAI）水平，同时肝匀浆活性氧（ROS）和主动脉丙二醛（MDA）指标也显著降低。他们认为产生该现象的原因可能是通过提高HDL和ApoAI水平促进胆固醇的逆运转，从而可加速体内胆固醇的清除达到抗动脉粥样硬化的作用，该作用可能与有色稻米具有较高微量元素有关，也可能是因为体内ROS水平降低提高了机体的抗氧化的能力（Ling等，J.Nutr，2001，131(5)：1421-1426）。

中国农业科学院作物科学研究所韩龙植研究员实验室，在2006年发表的“水稻花色苷含量的遗传研究进展”综述一文中，也概括了目前国内外关于有色水稻对人体的保健功能，如红米稻花色苷水解物能明显抑制肿瘤细胞的生长（孙明茂等，植物遗传资源学报，2006，7(2)：239-245）。中山大学生物系许实波教授指导硕士研究生何容飞完成的毕业论文，研究了水稻总黄酮对老年性痴呆症的药理作用，并指出水稻黄酮对实验鼠老年性痴呆症状有明显改善效果（何容飞等，中药材，2002，25（2）：108-111）；许东晖等报道了水稻黄酮能够明显缓解大鼠实验性肝纤维化现象（许东晖等，哈尔滨商业大学学报(自然科学版)，2002，18（1）：34-36）。有色水稻除了具有如上这些特殊功效外，还有较高的营养价值。韩龙植等曾分析了他们培育获得具有特殊性状的稻米营养成分。结果发现，甜红米糙米蛋白质、赖氨酸、脂肪、油酸和亚油酸、维生素Bl和钙含量较高；红米的蛋白质、锌和硒含量较高（韩龙植等，植物遗传资源学报，2003，4(3)：207-213）。

因此，从有利于人类健康方面考虑，如能够设法培育红米水稻，从而提高稻米类黄酮物质以及其他重要的营养成分的含量都具有极其重要的意义。

天然的红米水稻一般属于野生稻，野生稻的许多性状不适合在栽培稻中存在，因此，天然的红米水稻不能直接在水稻生产中被应用。虽然目前人们已有利用常规杂交方法成功培育能够作为栽培稻使用的红米水稻新品种的报道（叶小英等，四川大学学报（自然科学版），2008，45（3）：656-662），但众所周知，采用杂交技术培育水稻新品种所需的时间较长，如将野生的红米水稻与高产常规水稻杂交，将培育的F1植株自交获得具有多种性状组合的F2种子，再通过对F2植株筛选出多种性状相对较好的红米水稻单株，完成这个过程至少需要三个季节种植水稻，就是利用海南进行冬季增加繁殖一代也需要一年半时间。要使被筛选到的单株遗传组成完全纯合可能还需要经过6至7代种植筛选。因此，使用常规杂交技术培育水稻新品种，就是利用南繁加代加快育种进度，一年种两季一般至少也需要4年半到5年的时间；而且采用杂交育种技术，由于两个亲本对后代遗传物质的贡献率各为50%，假如原先是红米的水稻品种各种性状不理想，即使是再怎样扩大种植具有多种性状组合的F2植株群体，也难免在培育出的水稻新品种中完全消除原先不理想的亲本水稻留下的某些性状。