(圖:華南農業大學)

過去,基因工程曾製造出含有 β-胡蘿蔔素和葉酸的大米,但直至最近,科學家還未成功培育出富含抗氧化劑花青素(anthocyanins)的大米。這些對健康有益的物質在黑米及紅米中含量很高,但是人們喜歡吃的白米,在加工過程中剝除了外殼、麩和胚芽,只剩下大米的胚乳(endosperm),所以不含有這些營養物質。

而最近,中國華南農業大學的研究員利用基因工程技術,成功研製一種擁有紫色胚乳的大米,其胚乳中富含花青素。這種大米有望降低患某些癌症、心血管疾病、糖尿病和其他慢性病的風險。

新方法解決難題

科學家曾試圖讓大米的胚乳製造花青素,但一來合成花青素的通路太複雜,二來向植物中導入多個基因很困難,實驗最終失敗。要讓大米合成花青素,科學家必須解決以上兩個問題。

為了找出大米胚乳中合成花青素所需要的基因,華南農業大學研究員劉耀光領導的研究組首先比較了不同大米品系中花青素製造通路的基因序列。粳稻(japonica)和水稻(indica)是亞洲最常見的兩種大米品系,它們的胚乳中不生產花青素。通過比較它們與正常品系的差別,就可以找到這兩種品系中的缺陷基因,從而確定目標基因。

接下來,研究人員用一種高效易行的轉基因方法,稱為「TransGene Stacking II」,讓粳稻和水稻這兩種大米的胚乳中表達八個花青素製造通路的基因,最終獲得了紫色胚乳的大米,富含花青素,因而具有較高的抗氧化活性。

評價與展望

劉博士表示為這項成果感到驕傲:「這是首次在植物中設計如此複雜的代謝通路。」他們發明的轉基因方法 TransGene Stacking II  可以在單個載體上裝載多個基因,然後導入植物細胞。

研究人員計劃評估這種紫色大米的安全性,並將這種轉基因技術推廣到其他糧食作物,生產更多富含花青素的穀物,如玉米、小麥和大麥。

除了花青素,這種轉基因堆疊載體系統還可以用來搭載其他基因,把植物變成生物反應器,製造其他重要的營養物質或醫藥成分。

 

參考資料:

  1. Zhu, Q., Yu, S., Zeng, D., Liu, H., Wang, H., Yang, Z., . . . Liu, Y. (2017). Development of “Purple Endosperm Rice” by Engineering Anthocyanin Biosynthesis in the Endosperm with a High-Efficiency Transgene Stacking System. Molecular Plant, 10(7), 918-929. doi:10.1016/j.molp.2017.05.008
  2. Liu, G. (2017, June). Genetic engineering tool generates antioxidant-rich purple rice. Science Daily
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