本技术提出了一种利用甘薯高效生产虾青素的转基因育种方法,组合共表达能提高类胡萝卜素积累的IbOR‑R96H基因、参与虾青素合成的sHpBHY基因和CrBKT基因,每个基因均融合有质体转运肽TP并通过编码可自行切割的2A肽序列依次串联组成至一个开放阅读框中,构建其增强型重组超表达载体,转入发根农杆菌后并通过遗传转化获得富含虾青素的转基因甘薯,在甘薯中合成虾青素。所述IbOR‑R96H基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示,所述sHpBHY基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.4所示,所述CrBKT基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.6所示。本发明对于通过分子育种手段定向培育新型功能性甘薯种质具有重要的指导意义和良好的生产应用价值。
背景技术
虾青素是一种脂溶性类酮胡萝卜素,最初是从龙虾中分离出来,主要存在于多种藻类、微生物、甲壳类动物及海洋鱼类中,在高等植物中鲜有报道。虾青素含有13个共轭双键,具有极性-非极性-极性交替结构,使其能够跨越细胞和细胞器膜,因此比玉米黄质和叶黄素等表现出更强的抗脂质过氧化活性。虾青素的抗氧化活性可达维生素E的550倍,由于其出色的抗氧化能力和其他生物活性,虾青素可显著减少对DNA、蛋白质和脂质的氧化损伤,减少炎症、延缓衰老、提高免疫力、防治糖尿病和心血管疾病等,已广泛用于制药、营养品、化妆品和水产养殖等行业。随着虾青素的营养保健品市场大幅增长,其需求量也大幅增加。化学合成和从微藻雨红球菌中提取是制备天然虾青素的主要方法,然而由于其高成本和技术壁垒,微藻衍生虾青素在商业生产中的占比不到1%。同时,合成虾青素表现出不同的立体化学,可能被副产品污染,这使得它不太适合人类直接食用。因此,利用高等植物尤其是重要农作物合成虾青素是生物强化工程的重要策略。由于植物中富含虾青素的前体β-类胡萝卜素,目前利用基因工程手段,已在烟草、番茄、土豆、水稻、玉米、小麦中实现了虾青素的合成。
甘薯是旋花科番薯属双子叶植物,俗称红薯、番薯、地瓜等,高产高抗且适应性强,因此是重要的粮食和工业原料作物。甘薯由于积累了不同的天然色素,包括类胡萝卜素和花青苷等,而使薯肉呈现不同的颜色。然而,甘薯中并没有虾青素合成途径的关键基因,因此无法产生酮类胡萝卜素。因此,通过甘薯为优势底盘作物,建立一种高产低成本、易操作的虾青素生产体系具有重要意义。
实现思路