Enhancement of Carotenoid Biosynthesis in Transplastomic Tomatoes by Induced Lycopene-to-Provitamin A Conversion
- 作者
- Wiebke Apel, Ralph Bock
- 单位
- Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie
- 杂志
- Plant Physiology（2009）
- DOI
- 10.1104/pp.109.140533
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
番茄果实中类胡萝卜素生物合成的调控机制尚不清楚，如何提高果实中β-胡萝卜素（维生素A前体）含量是营养强化的关键问题。
研究策略
利用番茄质体转化技术，将细菌（Erwinia herbicola）和植物（水仙）来源的番茄红素β-环化酶基因导入质体基因组，在质体中表达该酶以促进番茄红素向β-胡萝卜素的转化。
核心内容
该研究利用番茄质体转化技术，将细菌（Erwinia herbicola）和水仙来源的番茄红素β-环化酶基因导入番茄质体基因组，以促进果实中番茄红素向β-胡萝卜素（维生素A前体）的转化。研究人员采用rRNA操纵子启动子与T7噬菌体基因10的Shine-Dalgarno序列增强异源基因在果实色质体中的表达。结果显示，表达水仙来源番茄红素β-环化酶的番茄果实中β-胡萝卜素含量达到1 mg/g干重，总类胡萝卜素含量较野生型增加52%以上；同时叶片中β分支叶黄素循环色素（紫黄质、花药黄质、玉米黄质）显著升高，而α分支叶黄素显著降低。相比之下，表达细菌crtY基因的番茄果实中类胡萝卜素组成无明显变化。该结果表明，质体表达植物来源的番茄红素β-环化酶不仅能高效驱动番茄红素向β-胡萝卜素转化，还能意外增强整个类胡萝卜素途径的通量，证明质体基因组工程是改良作物营养品质的有效策略。
创新点
首次在番茄质体中表达水仙来源的番茄红素β-环化酶，实现高效转化且意外导致总类胡萝卜素含量显著增加；使用rRNA操纵子启动子和T7噬菌体基因10的Shine-Dalgarno序列增强异源基因在果实色质体中的表达。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 番茄（Solanum lycopersicum 'IPA-6'）质体 | 类胡萝卜素生物合成途径 | crtY | 番茄红素β-环化酶（来自Erwinia herbicola） | 催化 | 细菌来源的番茄红素β-环化酶，在番茄质体中表达未显著改变类胡萝卜素组成 |
| 番茄（Solanum lycopersicum 'IPA-6'）质体 | 类胡萝卜素生物合成途径 | Lyc | 番茄红素β-环化酶（来自水仙Narcissus pseudonarcissus） | 催化 | 植物来源的番茄红素β-环化酶，高效将番茄红素转化为β-胡萝卜素，并提高总类胡萝卜素含量 |
关键发现
- 表达水仙番茄红素β-环化酶的番茄果实中β-胡萝卜素含量达到1 mg/g干重，总类胡萝卜素含量比野生型增加52%（>50%）
- 叶中β分支叶黄素循环色素（紫黄质、花药黄质、玉米黄质）显著升高，α分支叶黄素显著降低
- 而表达细菌crtY基因的番茄果实中类胡萝卜素组成无明显变化。
研究结论
质体表达植物来源的番茄红素β-环化酶可高效驱动番茄红素向β-胡萝卜素转化，并通过增强途径通量提高总类胡萝卜素积累，证明质体基因组工程是改良作物营养品质的有效策略。