Review: genetically modified plants for the promotion of human health
- 作者
- Keiko Yonekura-Sakakibara, Kazuki Saito
- 杂志
- Biotechnology Letters（2006）
- DOI
- 10.1007/s10529-006-9194-4
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
如何利用基因工程改良植物，使其产生促进人类健康的营养物质（如维生素A、类黄酮）和药用蛋白（如疫苗），并解决公众接受度问题。
研究策略
综述第二代和第三代转基因植物，重点分析黄金大米、高抗氧化番茄、水稻口服疫苗等案例，并讨论代谢组学在评估转基因作物安全性中的作用。
研究路线图
核心内容
该综述系统评估了利用基因工程改良植物以促进人类健康的策略，重点分析了第二代和第三代转基因作物的代表案例。在黄金大米的研究中，第一代产品类胡萝卜素含量仅1.6微克每克干重，通过用玉米八氢番茄红素合酶基因替代黄水仙来源的同源基因，第二代产品含量提升至37微克每克干重，提高约23倍。在番茄改良中，利用果实特异性RNAi抑制DET1基因表达，使β-胡萝卜素含量最高增加2倍，番茄红素最高增加10倍，同时显著提升绿原酸、黄酮醇衍生物和柚皮素查尔酮等类黄酮含量。针对口服疫苗，水稻中表达的A1aB1b-Crp1/2融合蛋白每粒种子可积累7微克，饲喂小鼠后有效抑制过敏原特异性IgE和IgG抗体的产生并降低组胺释放。该研究还统计了转基因植物全球种植面积从1996年的170万公顷增至2005年的9000万公顷，其中除草剂耐受型占71%。作者提出将代谢组学纳入转基因作物全面安全性评估，结合种子特异性启动子和无标记筛选系统，有助于提高公众接受度，为解决全球食品与健康问题提供可行途径。
创新点
总结利用植物天然基因和RNAi技术改良作物；采用种子特异性启动子和无标记筛选系统；将代谢组学用于转基因植物的全面评价。
研究对象（5）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 水稻（Oryza sativa） | 类胡萝卜素生物合成 | PSY | 八氢番茄红素合酶 | 催化 | 黄金大米第一代使用黄水仙PSY，第二代使用玉米PSY以提高β-胡萝卜素含量 |
| 水稻（Oryza sativa） | 类胡萝卜素生物合成 | crtI | 细菌八氢番茄红素脱饱和酶 | 催化 | 来自Erwinia uredovora，催化八氢番茄红素经三步反应生成全反式番茄红素 |
| 水稻（Oryza sativa） | 类胡萝卜素生物合成 | LCY | 番茄红素环化酶 | 催化 | 与PSY/CrtI共转化，用于产生β-胡萝卜素 |
| 番茄（Solanum lycopersicum） | 类胡萝卜素与类黄酮生物合成 | DET1 | DET1蛋白 | 调控 | 通过果实特异性启动子驱动RNAi抑制DET1，同时提高类胡萝卜素和类黄酮含量 |
| 水稻（Oryza sativa） | 种子蛋白积累（疫苗表达） | Cry j I和Cry j II的T细胞表位肽（Crp1和Crp2） | A1aB1b-Crp1/2融合蛋白 | 调控 | 与大豆种子蛋白glycinin A1aB1b融合，作为口服疫苗诱导免疫耐受，抑制花粉过敏 |
关键发现
转基因植物种植面积从1996年170万公顷增至2005年9000万公顷，其中2005年除草剂耐受型占71%、抗虫型占18%、复合性状占11%。黄金大米第一代类胡萝卜素含量为1.6 μg/g干重，第二代提高至37 μg/g干重（提高23倍）。利用玉米PSY基因替代黄水仙PSY基因获得高β-胡萝卜素含量。番茄中果实特异性RNAi抑制DET1，使β-胡萝卜素含量最高增加2倍，番茄红素最高增加10倍，并提高类黄酮（绿原酸、黄酮醇衍生物和柚皮素查尔酮）含量。水稻疫苗（A1aB1b-Crp1/2）每粒种子积累7 μg融合蛋白，饲喂小鼠可抑制过敏原特异性IgE和IgG抗体产生，并降低组胺释放。
研究结论
转基因植物能够通过代谢工程改善人类健康，黄金大米等第二代产品具有实际应用潜力；结合代谢组学进行安全性评估有助于提高公众接受度，并可能有助于解决全球食品和健康问题。