[发明专利]大量蓄积类胡萝卜素以及花青素的转化甘薯植物体的制备方法以及由此制备的植物体

说明书

技术领域

本发明涉及一种大量蓄积类胡萝卜素以及花青素的转化甘薯植物体的制备方法以及由此制备的植物体；更详细地说，本发明涉及一种大量蓄积类胡萝卜素以及花青素的转化甘薯植物体的制备方法，其是通过将包含在来源于甘薯（Ipomoea batatas）的IbOrange基因中，人为地插入特定碱基序列的IbOr-Ins基因突变体的重组载体，转化至大量蓄积花青素的甘薯植物体内实现的；由上述方法制备的大量蓄积类胡萝卜素以及花青素的转化甘薯植物体及其种子；一种环境胁迫耐性较野生型提高的蓄积花青素的转化甘薯植物体的制备方法，其通过将上述重组载体转化至大量蓄积花青素的甘薯植物体而得到的；由上述方法制备的，环境胁迫耐性较野生型提高的蓄积花青素的转化甘薯植物体及其种子；一种能增加蓄积花青素的甘薯植物体的类胡萝卜素含量以及环境胁迫耐性的组合物，其包含所述IbOr-Ins基因变异体。

背景技术

甘薯（Ipomoea batatas L.Lam）不仅能够在比较贫瘠的土地上进行栽培，而且每公顷产量约为30吨，是一种被用作粮食和家畜饲料的具代表性的块根农作物。紫色、黄色等有色甘薯含有多种抗氧化物质，特别是呈黄色的黄色甘薯含有14.7～20mg/100g的胡萝卜素，而紫色甘薯含有2.28g/100g左右的花青素，其能够促进细胞的老化，并且可去除作为各种成人疾病病因的活性氧，具有优异的抗氧化作用。此外，在1990年代以后，通过农杆菌（Agrobacterium）对甘薯尝试了进行协同培养的转化，通过顶端及侧芽分裂组织诱导胚胎发生培养细胞及体细胞胚胎的发生，使植物体再分化转化系统得到发展（Lim等人.2007,《分子育种》19，227-239，（Lim et al.2007,Mol Breeding19，227-239））。但是还没有对大量生产类胡萝卜素、花青素、多酚等小分子抗氧化物质的甘薯的相关报道。由此认为，开发一种具有复合胁迫耐性的同时，还能够大量产生小分子抗氧化物质的作物，可用于解决21世纪人类所面临的粮食、能源和环境问题。

Islam等（Islam et al.2002Biosci.Biotechnol.Biochem.66，2483-2486）报道了甘薯的叶子中至少存在15中以上的具有高生理活性的花青素，其比维生素C或者维生素E具有更强的抗氧化活性（Philpo tt et al.2003J.Sci.Food Agric.83，1076-1082）。有趣的是据报道称，在很多植物体叶子中花青素的生物合成是被诱导活性氧的外部环境胁迫诱导的，尤其是叶子或者根部的花青素在保护植物体的防御机制中发挥主要的作用，使其免受外部的侵袭（Neill et al.2002Plant Cell Environ.25，539-547）。由于植物酚类化合物的多样性和广泛的分布，其被认为是最重要的天然抗氧化剂。据报道称，多酚和酚类化合物还在人体内发挥保护我们身体的重要作用，使身体免受各种氧化胁迫，因此越来越受瞩目。在甘薯根部中最具代表性的多酚，即羟基肉桂酸（hydroxycinnamic acids，HCA）是强力的抗氧化剂，无论是在甘薯组织和表达期，在大部分的甘薯品种中均大量含有（Islamet al.2002J.Agric.Food Chem.50,3718-3722）。如上所述，多酚与类胡萝卜素、花青素一同，使得甘薯表现出很高的抗氧化活性。

世界卫生组织（WHO）公布了全世界有1亿名儿童由于缺乏维生素A而受苦，并由此导致每年有50万名以上的儿童失明。胡萝卜素作为维生素A的前体，其具有营养强化剂和食品辅助剂的生理活性功能，因此可以说关于食品中胡萝卜素的蓄积的代谢工程学研究是为提高营养学价值所必需的研究对象。已知胡萝卜素作为具有高抗氧化活性的物质，不仅具有生理活性功能，而且对于植物自身的氧化胁迫的防御机制也起到重要作用，最近有报道指出类胡萝卜素的生物合成受植物激素之一的脱落酸（ABA）的影响，因此需要对这些抗氧化物质和环境胁迫进行研究。

为了从转化植物体生产有用物质进行着多项研究，但其生产率较低，无法满足商业化的要求。由此认为，为了较经济地大量生产具有高附加价值的生理活性物质，利用植物培养细胞以及植物体本身，降低生产费用的方法将被有效地应用。并且，开发能大量产生有用物质的植物体后，重新诱导植物培养细胞，可大大得缩短从产生有用物质到大量生产所需要的时间，比较容易进行培养细胞的扩大培养。并且，可排除可在转化植物体中发生的环境危害问题，不仅能广泛应用于生理活性蛋白质等多种目标化合物，即使还用于医药品、食品用途，相比微生物、动物培养，对于其的排斥感会小。