利用基因工程途径强化小麦叶酸和花青素含量的研究

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 1次 | 上传用户:qq269828183
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
世界上很多人正在遭受营养不良的困扰,而谷类和块茎类作物无法提供所有类型的必需的营养物质。为了解决这一问题,人们尝试了多种方法,比如营养添加剂、食品营养强化和粮食作物生物强化。小麦作为“谷物之王”,是谷物中非常重要的粮食作物,并被认为是全球粮食安全的关键作物。因此,小麦具有很大的生物强化潜力。叶酸是维持细胞功能的基本要素,包括植物在内的许多生物可以自己合成叶酸。人类与其他脊椎动物一样,靠食物来摄入叶酸,并常因叶酸摄入不足而患上许多疾病。花青素是高等植物合成的次生代谢产物,负责花和果实的着色,也用作常规和分子育种中的可见标记。植物源的花青素也很重要,花青素具有抗炎、抗癌活性,所以摄入花青素可以预防冠心病。MYB和bHLH转录因子参与到花青素生物合成途径中,并与WD40蛋白形成一个三元复合物调控花青素合成通路中的结构基因。在本研究中,我们评估了中国不同的小麦种质,探索不同小麦种质中叶酸含量的自然变化。此外,通过代谢工程对小麦籽粒进行生物强化以获得高叶酸含量。首先,将参与叶酸前体蝶呤和对氨基苯甲酸合成的大豆基因GmGCHI(GTP cyclohydrolase I)和GmADCS(aminodeoxychorismate synthase)分别在胚乳启动子水稻GluC和玉米Leg1A的控制下在小麦中表达。另外,将大豆密码子优化的GmGCHI和番茄LeADCS基因在小麦胚乳特异性谷蛋白(1Dx5)启动子控制下共转化小麦。同时,在小麦中分别表达和共表达玉米MYB和bHLH,评估这些基因在小麦中的功能。主要研究结果如下:1.利用HPLC-MS/MS测定了360份小麦样品(包含315个小麦品种)的叶酸含量,发现小麦品种间叶酸含量的差异为10.15±2.86~91.44±5.64μg/100 g。河农58-3等52个小麦品种叶酸含量较高,超过50μg/100 g,是小麦高叶酸含量育种的理想资源。同时发现,环境因素对小麦中叶酸含量有很大影响,如良星66在石家庄、北京和郑州每100克籽粒中叶酸含量分别为36.9、29.4和57.5μg,石4185在石家庄、北京和郑州每100克籽粒中的叶酸含量分别为20.4、28.3和41.5μg。2.发现在小麦籽粒中叶酸主要以5-甲酰基四水合物(5-CHO-THF)和5-甲基四氢叶酸(5-CH3-THF)的形式存在,占叶酸总量的50%以上。3.为了提高小麦植株的叶酸含量,利用农杆菌转化法在小麦中过表达2个与叶酸合成相关的大豆基因GmGCHI和GmADCS,发现转基因小麦籽粒中叶酸含量为65μg/100 g,相比受体对照的28μg/100 g提高了2.3倍。4.进一步利用农杆菌转化法将大豆密码子优化的GmGCHI基因和番茄LeADCS基因在小麦中表达,发现转基因小麦籽粒中叶酸含量为127μg/100 g,相比受体对照的23μg/100 g提高了5.6倍。5.利用农杆菌转化法将玉米ZmC1(MYB-C1)和ZmR(bHLH R)基因转入小麦,发现ZmC1和ZmR在转基因植株中以组织特异性方式调控花青素的生物合成。6.过表达ZmC1和ZmR的小麦转基因植株在叶、茎、叶耳、小穗和籽粒等几乎所有组织都显示高色素沉积;过表达ZmC1的小麦转基因植株在胚芽鞘、叶耳和茎中显示色素沉积,表明ZmC1调控营养组织中的色素沉积;表达ZmR基因的小麦转基因植株在籽粒中显示出高色素沉积,表明ZmR调控籽粒中的色素沉积;在表达ZmC1和ZmR的转基因小麦植株中花青素含量达到了6.51 mg/kg。7.利用qRT-PCR技术分析了转基因植株中ZmC1和ZmR、2个小麦同源基因(TaC1和TaR)、6个花青素合成相关基因(TaCHS、TaCHI、TaF3H、TaF3’H、TaDFR和TaANS)的表达水平,发现它们在转基因小麦植株中都显著上调表达。
其他文献
<正>一次,我在坐公交车去学校看早自习的时候,偶尔听到两个学生家长在旁若无人地聊天。他们讨论的话题竟然是:马上过元旦了,该给孩子的班主任送烟酒,还是送点"心意"。这让我
软交换作为下一代网络的核心技术,受到业界的普遍关注。文章首先提出了软交换的概念,然后从软交换的体系结构、软交换协议、软交换设备的功能特点三个方面介绍了软交换技术。
科学精神是领导干部引领发展的灵魂。但当前有不少领导干部存在缺少科学精神的表现:弄虚作假、盲目决策、墨守成规、集权独断、教条盲从、封建迷信、浮躁漂浮、感情用事等。
通过生产实践,详细对膨化机替代蒸炒锅的油菜籽膨化-预榨新工艺进行了介绍。通过对油菜籽膨化机工艺参数、操作方法的阐述,表明在油菜籽加工过程中,采用膨化-预榨工艺具有工
作品反映了作者对底层民众的真正关注、了解,重在塑造春桃这个扣人心弦的女性形象。小说《春桃》中"一女二男"的婚姻模式有悖于"神性爱"这一个古往今来文学作品的传统母题;李茂、
现代素质教育发展新时代,习近平总书记在学校相关工作会议上始终强调,要不断发展高校教育创新改革事业,构建符合国家人才强国战略的社会主义现代人才教育培养机制,为国家发展
目前市场上标准通用的DC/DC变换器存在着制造成本高、体积大、效率低等缺陷。采用Boost升压电路的拓扑结构与电流控制型脉宽调制器相结合的方法,设计了一种新型输出电压为36V
目的研究开发一种基于CT图像的辅助整形外科的医学图像规划系统。方法综合应用螺旋CT技术数字图像算法,三维重建骨性及软组织数字化模型,同时进行其系统框架结构设计,为面部
在介绍结构、设计参数及性能的基础上,对哈尔滨锅炉厂、上海锅炉厂、东方锅炉厂生产的600 MW超临界机组燃烧系统进行了对比与分析,提出了燃烧系统优化调整方案和研究方向,以
作为关学后续,王心敬既保留了关学自张栽以来崇礼尚实的学风特点,又体现了明代关学心学化的趋势,还受到了清初江南地区实学思潮的影响,表现出多重化的思想特点。王心敬主张遵从古