[发明专利]一种在水稻种子胚乳中表达产生甜菜苷的基因组合及其应用

说明书

一种在水稻种子胚乳中表达产生甜菜苷的基因组合及其应用，包括meloS基因、BvDODA1S基因和BvCYP76AD1S基因，进一步，所述meloS基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示；所述BvDODA1S基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示；所述BvCYP76AD1S基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示，将三个基因的ORF连接到水稻胚乳特异性球蛋白基因启动子和终止子之间构建基因盒，并将其插入植物双载体中，得到富含甜菜苷的水稻，获得的水稻种子既可以直接用于食用，也可以作为生产甜菜苷的原料种子，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

本发明属于基因工程领域，具体涉及一种在水稻种子胚乳中表达产生 甜菜苷的基因组合及其应用。

背景技术

甜菜红素是世界上广泛使用的一种水溶性含氮色素，由红紫β-花青苷 和甜菜黄素组成，主要存在于石竹目和一些高等目家族中。从化学角度看， 甜菜红素是甜菜醛氨酸(BA)与环多巴和胺基酸或有机胺类(甜菜碱， 黄色)的铵共轭物，这些化合物存在于我们的饮食中。甜菜红素还具有促 进健康和预防疾病的治疗能力，如高血压、血脂异常、癌症、神经紊乱和 血管狭窄等。

鉴于其毒理学安全性和可能对健康有利的生物影响,在美国和欧洲联 盟，甜菜苷是唯一允许用于食物中甜菜红素添加剂的来源(Moreno et al.， 2008)。甜菜苷是5-甜菜苷配基糖基化的产物，是最常见的β-花青苷，也 是红甜菜中主要的色素(Beta vulgaris)(Stintzing and Carle 2004)，在 加工和储存过程中，许多因素会改变甜菜苷色素的稳定性，导致其在成品 中颜色和功能特性的丧失(Herbach et al.，2017)。

随着“甜菜碱研究的黄金时代”的到来，甜菜碱的生物合成途径已被许 多研究阐明，第一步是酪氨酸的羟基化，在多酚氧化酶(PPO)或一些细 胞色素P450酶的催化下形成二羟基苯丙氨酸(L-DOPA)。然而，没有直 接证据表明PPO参与了甜菜苷的体内生物合成，而细胞色素P450酶主要 作用于甜菜苷生物合成途径的L-DOPA氧化步骤。

最近的研究结果直接证明酪氨酸酶能够在体内和转基因植物组织中 进行酪氨酸羟基化反应，第二步是通过多巴4,5-双加氧酶(DODA1)将l- 多巴转化为黄色的BA中间体，此外，L-DOPA被CYP76AD1转化为环多 巴，最后一步是甜菜苷的生产，涉及到BA和环多巴之间的醛亚胺链接的 形成。

甜菜红素的主要来源是甜菜，但许多因素可以明显影响甜菜中甜菜红 素的产量，目前，来自甜菜的甜菜红素仅仅只能满足全球食品添加剂需求 的10％(Manchali et al.，Stability of betalain pigments of red beet.In Red Beet Biotechnology；Neelwarne，B.，Ed.；Springer US：Boston，MA，55-74.2013)， 因此，需要寻求另一种方法来生产甜菜红素从而满足全球食品添加剂的需 求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在水稻种子胚乳中表达产生甜菜苷的基 因组合及其应用，通过将meloS、BvDODA1S和BvCYP76AD1S三个基因 转化到水稻中，获得的水稻种子既可以直接用于食用，也可以作为生产甜 菜苷的原料种子，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：

一种在水稻种子胚乳中表达产生甜菜苷的基因组合，包括meloS基因、 BvDODA1S基因和BvCYP76AD1S基因。

进一步，所述meloS基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示；所述 BvDODA1S基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示；所述BvCYP76AD1S 基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示。