小麥類胡蘿卜素生物合成關(guān)鍵酶基因的克隆與遺傳轉(zhuǎn)化研究.pdf

1、小麥?zhǔn)鞘澜缟现匾募Z食作物，提高其營養(yǎng)品質(zhì)是小麥遺傳育種研究的重要課題。類胡蘿卜素是維生素A的前體，維生素A的缺乏癥可導(dǎo)致夜盲癥、白內(nèi)障等眼部疾病，甚至于完全失明，還會(huì)加劇腹瀉、呼吸疾病、兒童麻疹等，而普通小麥中類胡蘿卜素含量相對(duì)較低（3 μg/g 以下）。本文以小麥類胡蘿卜素生物合成關(guān)鍵酶（八氫番茄紅素合成酶PSY、八氫番茄紅素脫氫酶PDS和?-胡蘿卜素脫氫酶ZDS）的EST 序列為切入點(diǎn)，采用分子生物學(xué)方法分離基因的cDNA 全長序

2、列，檢測分析基因的表達(dá)特性，在此基礎(chǔ)上利用轉(zhuǎn)基因方法鑒定基因的功能，并探討提高小麥類胡蘿卜素含量的基因工程新途徑；獲得以下主要結(jié)論：
　　 (1)采用RACE 技術(shù)，首次從普通小麥中分離獲得類胡蘿卜素合成途徑中兩個(gè)重要脫氫酶基因TaPDS和TaZDS的cDNA 全序列；同時(shí)，采用同源序列分離法，獲得了小麥PSY基因的完整編碼區(qū)序列。通過RT-PCR 半定量法檢測分析了PSY、PDS和ZDS基因的表達(dá)特性，發(fā)現(xiàn)三者在富含葉綠體、質(zhì)

3、體的光合作用器官中高水平表達(dá)，而在非光合作用的種子中表達(dá)較弱。首次證實(shí)了普通小麥種子中存在類胡蘿卜素的代謝途徑，且種子中類胡蘿卜素含量較低，為提高種子類胡蘿卜素含量的基因工程改良研究提供了理論基礎(chǔ)。
　　 (2)應(yīng)用“最小基因表達(dá)框”的小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)，利用小麥胚乳特異性強(qiáng)啟動(dòng)子和廣譜性啟動(dòng)子分別驅(qū)動(dòng)玉米八氫番茄紅素合成酶PSY1基因、歐文氏菌胡蘿卜素脫氫酶CrtI基因在小麥中超量表達(dá)，獲得轉(zhuǎn)基因植株，轉(zhuǎn)基因種子中類胡蘿卜素含量約

4、由0.5 μg/g 提高到3.8～4.9 μg/g；首次鑒定了玉米PSY1基因和細(xì)菌CrtI基因在小麥中的功能，并且表明應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高類胡蘿卜素含量的可行性。
　　 (3)完善了“基因最小表達(dá)框”基因槍法小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)體系，轉(zhuǎn)化率達(dá)到0.7%，與常規(guī)轉(zhuǎn)基因技術(shù)的轉(zhuǎn)化率相一致，為進(jìn)一步建立安全性轉(zhuǎn)基因技術(shù)體系奠定了良好基礎(chǔ)。
　　 本文在類胡蘿卜素代謝途徑關(guān)鍵酶基因分離和功能分析的基礎(chǔ)上，采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高了小麥種子類