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维生素C,又名抗坏血酸(L-Ascorbate acid, AsA)是植物体内主要的抗氧化物质,存在于大多数植物绿色组织中。AsA不仅对于植物自身有非常重要的生理功能,例如抗氧化作用、光合保护以及调节生长发育等,而且植物中的AsA还为不能正常合成AsA的少数动物(包括人类)提供丰富的维生素C源。近来,借助于基因组学和分子生物学技术,维生素C生物合成途径的关键酶基因已在模式生物拟南芥(Arabidopsis thaliana)中得以确认并克隆,由此廓清了植物维生物C生物合成途径的结构。本文以高等植物拟南芥维生素C生物合成途径关键酶编码基因为基础,通过转基因方法对该途径进行遗传操作,围绕维生素C生物合成途径进行了两个方向的研究。一个方向是以模式生物拟南芥为平台,着力于生物合成途径各位点关键酶基因的细胞定位和对植物AsA含量的贡献。为提升作物维生素C总量提供有效的策略,并在蔬菜作物生菜(Lactuca sativa)中通过过表达和RNAi技术进行初步的验证,同时利用细菌血红蛋白基因调节植物呼吸的手段提高AsA含量；另一方向以双边界植物表达载体和多基因共转化为切入点,研究维生素C和维生素E在生菜中共同提高的能力。定位表达合成途径和再生途径基因的拟南芥转基因系中,AsA含量的HPLC分析结果显示转基因提高了拟南芥中AsA的含量,vtc2转基因株系含量最高提高了3.6倍,比其他各转基因株系的AsA含量的提高更为显著。在这些基因的定位分析中,vtc2可能多分布于内质网膜。vtc4, galdh, galur则均匀的分布于细胞质的各个部分。dhar在靠近细胞膜的地方有较多的分布,可能因为它再生出的AsA有部分直接转移出细胞进入质外体,而gldh的分布可能集中于线粒体。鼠源蛋白gulo也是均匀的分布于细胞质中。生菜中的过表达和RNA干扰株系中,各gme转基因株系中AsA含量最高为14.7mg/100g FW,与对照组相比提高了1.49倍；各dhar转基因株系中AsA含量最高为28.3mg/100g FW,与对照组相比提高了3.8倍;各aoi转基因株系中AsA含量最高为20.1mg/100g FW,与对照组相比提高了2.4倍；各vhb转基因株系中AsA含量最高为23.6mg/100g FW,与对照组相比提高了2.4倍；各thvd转基因株系中AsA含量最高为53.9mg/100g FW,与对照组相比提高了1.9倍；各thvd转基因株系中生育酚含量最高为0.78mg/100g FW,与对照组相比提高了1.8倍；本研究兼顾包括AsA的生物合成,氧化分解和还原再生在内的整个代谢网络,评价了作物多个代谢途径和多个基因的贡献,深入探讨了AsA的代谢工程,得到了AsA和生育酚的含量显著提高的转基因生菜株系,为制定和优化提高植物AsA含量的遗传工程改造策略提供了实验和应用依据。