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，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重要脫氫酶基因TaPDS和TaZDS的cDNA 全序列；同時，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，而在非光合作用的種子中表達較弱。首次證實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“最小基因表達框”的小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)，利用小麥胚乳特異性強啟動子和廣譜性啟動子分別驅(qū)動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，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“基因最小表達框”基因槍法小麥轉(zhuǎn)基因技術(shù)體系，轉(zhuǎn)化率達到0.7%，與常規(guī)轉(zhuǎn)基因技術(shù)的轉(zhuǎn)化率相一致，為進一步建立安全性轉(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