[发明专利]一种提高水稻种子胚乳中β-胡萝卜素含量的方法

说明书

一种提高水稻种子胚乳中β‑胡萝卜素含量的方法，将tHMG1、PSY1和CrtI1基因分别与水稻胚乳特异储存蛋白GluB‑1基因启动子和终止子融合，构建基因表达盒，再连接入植物表达载体，获得含tHMG1、PSY1和CrtI1三基因表达盒的植物多基因转化载体，转化至水稻，获得高含量β‑胡萝卜素的转基因水稻，其胚乳中的β‑胡萝卜素含量与转两基因的水稻相比，提高了大约1倍多，既可以直接用于食用，也可以作为生产β‑胡萝卜素的原材料种子，对于新型功能性作物育种具有重要的指导意义和生产应用价值。

技术领域

本发明属于农作物基因工程领域，具体涉及一种提高水稻种子胚乳中β-胡萝卜素含量的方法。

背景技术

人体中维生素A的缺乏是世界卫生组织确认的世界四大营养缺乏病之一。缺乏维生素A时，皮肤将变得干涩、粗糙、浑身起小疙瘩，形同鸡皮；头发稀疏、干枯、缺乏光泽、指甲变脆，形状改变；眼睛结膜与角膜 (俗称黑眼仁)亦发生病变，轻者眼干、畏光、夜盲(俗称鸡母眼)，重者黑眼仁混浊、溃疡形成，最后穿孔而失明。

据联合国粮农组织及世界卫生组织(WHO)报告统计，目前全球约有8 亿人因维生素A缺乏症困扰，每年因维生素A缺乏造成100-250万人死亡；每年有1.4-2.5亿学龄前儿童缺乏维生素A，50万学龄前儿童因维生素A 缺乏而失明，因维生素A缺乏导致的干眼病高达1000万人以上。

改善维生素A的摄取，会使死亡率降低23％，使麻疹病死亡率降低 50％，使腹泻死亡率降低33％。早在半个世纪前，人类就已知β-胡萝卜素可在体内水解生成维生素A，进而参与视觉生理代谢，是防止由于维生素 A缺乏而引起夜盲症的重要营养物质。

水稻是重要的粮食作物和模式植物，同时，其种子也是一种优良的生物反应器，稻米的蛋白和活性营养成分主要存在于种皮和胚中，而日常食用的精米则是去掉种皮和胚的胚乳(主要成分是淀粉)，其营养价值大大下降。因此，通过基因工程方法，在胚乳中增加、强化合成特定的营养成分和功能性物质，是功能型水稻育种的主要目标。

由于水稻种子中没有β-胡萝卜素合成途径相关基因，为此Ye等(Science. 2000：287,303-305)成功将来自黄水仙(Narcissus pseudonarcissus)中的八氢番茄红素合成酶基(phytoene synthase，PSY)和欧文氏菌(Erwiniaure dovora) 的胡萝卜素脱氢酶基因(carotene desaturase，CrtI)转入水稻胚乳中，获得了β-胡萝卜素含量达到2μg/g左右的第一代“黄金水稻”。

但是，由于转基因水稻中的β-胡萝卜素含量相对较低，为了提高黄金水稻中的β-胡萝卜素含量，Paine等(Nat.Biotechnol.2005：23,482-487)将来源于玉米(Zea mays)的Psy基因和来自欧文氏菌的CrtI基因共同转化至水稻，培育出了β-胡萝卜素跟第一代黄金水稻相比含量提高约23倍之多的二代“黄金水稻”。

之后相关研究人员希望能够通过基因工程手段进一步提高水稻种子中β- 胡萝卜素含量，但这是一个相对较难攻克的课题研究，主要原因是不能确定在二代“黄金水稻”构建的基础上增加/替换哪些具体的酶可以起到进一步提高β-胡萝卜素含量的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高水稻种子胚乳中β-胡萝卜素含量的方法，利用该方法获得的水稻种子，其胚乳中的β-胡萝卜素含量与现有技术中转PSY1和CrtI两基因的水稻相比，提高了大约1倍多，既可以直接用于食用，也可以作为生产β-胡萝卜素的原材料种子，对于新型功能性作物育种具有重要的指导意义和生产应用价值。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种提高水稻种子胚乳中β-胡萝卜素含量的方法，包括以下步骤：