JIPB | 上海市农业科学院生物技术研究所姚泉洪团队利用合成生物学技术创制“西红花苷水稻”新种质
- 2026-05-09 03:19:46
西红花苷是名贵药材藏红花的主要有效成分, 具有抗炎、抗氧化、降血脂、降血糖和抗肿瘤等多种功效。由于藏红花生长条件严苛且产量有限, 亟需寻求可持续的西红花苷替代方案。大米作为全球近半数人口的主食, 近年来, 通过基因工程对水稻胚乳进行微量营养素生物强化, 已被提出作为改善人类健康与营养的潜在策略。然而, 水稻本身缺乏合成类胡萝卜素前体所必需的内源基因, 因此在水稻中实现西红花苷的生物合成面临较大挑战。
近日, JIPB在线发表了上海市农业科学院生物技术研究所姚泉洪课题组题为“Metabolic engineering of rice endosperm for crocin biosynthesis”的研究论文 (https://doi.org/10.1111/jipb.70246)。该研究设计并在水稻胚乳中表达了与西红花苷合成有关的8个关键基因, 包括增强MVA途径的tHMG1基因, 增强β-胡萝卜素合成的HpPSY1和HpcrtZ基因, 以及西红花苷合成途径的PacrtI、CsCCD2、NcALD8、GjUGT74F8和GjUGT94E13基因 (图1), 成功创制了一种水稻新种质—“西红花苷大米”。
这种西红花苷大米呈橙红色 (图2), 其中西红花苷含量达到9.25 μg/g DW, 并富含α-胡萝卜素、叶黄素和紫黄质等多种有益于人类健康的类胡萝卜素。
图2 野生型与西红花苷大米的表型比较
小鼠饲喂实验表明, 西红花苷大米能有效降低脂多糖诱导的肝损伤 (图3), 大米中西红花苷与类胡萝卜素的协同效应增强了机体对氧化损伤相关疾病的防护能力。该种具有辅助疗效的西红花苷大米有望用于改善人类营养与健康。
图3 西红花苷大米对小鼠肝损伤的影响
此外, 研究团队还在水稻愈伤细胞中合成了西红花苷, 其西红花苷含量为11.61 μg/g DW (图4)。与田间种植相比, 细胞培养生长周期短, 更适合工业化生产; 在此基础上建立细胞悬浮培养, 可进一步提高西红花苷的合成效率。
图4 利用水稻愈伤细胞合成西红花苷
综上所述, 该研究在水稻胚乳中建立了西红花苷的合成途径, 创制了富含西红花苷的大米, 该西红花苷大米同时增强了多种类胡萝卜素的合成, 显示出促进人类健康的潜力。利用水稻愈伤组织可缩短西红花苷的生产周期, 更适合工业化放大应用。
上海市农业科学院生物技术研究所王丽娟副研究员和高建杰副研究员为第一作者, 姚泉洪研究员和田永生研究员为共同通讯作者。该研究获得了上海市农委重点攻关项目、国家自然科学基金、上海市自然科学基金及上海市农科院卓越团队项目的资助。
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