【原】Plant Biotechnology Journal|香港大学研究人员通过基因工程培育出具有增强抗氧化性能的番茄

PaperRSS 2020-01-14

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香港大学科学学院生物科学学院(HKU，香港大学)与法国斯特拉斯堡国家科学研究中心( CNRS )合作鉴定了一个新的策略，同时促进番茄中维生素E、维生素原A、番茄红素的体内含量，以显著提高番茄抗氧化性能。

研究组通过利用:3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A合酶(HMGS)的变异重组酶来控制植物类异戊二烯途径。番茄HMGS的过表达不仅增加了植物甾醇、角鲨烯、维生素原a和番茄红素，而且增加了维生素E (α-生育酚) 494%。

在这些实验中使用的HMGS的DNA信息来自一种印度芥菜( Brassica juncea ，印度芥菜)，产生可食用的叶子、茎和种子，后者用于植物油生产。早些时候，该研究小组报告说，HMGS编码重组蛋白变体s359a(在位置359中的氨基酸残基“丝氨酸”被转换为“丙氨酸”)，表现出HMGS 酶活性10倍的增加。在模式植物拟南芥中表达该s359a具基因可增加了植物甾醇的含量。

现在，研究小组将s359a引入了西红柿中。虽然转化番茄果实的外观和大小没有差异，但包括维生素原a和番茄红素在内的总类胡萝卜素分别增加了169 %和111%，这是通过控制的番茄中类胡萝卜素提取物的更深颜色所观察到的。此外，这些类胡萝卜素提取物的抗氧化活性比对照高89.5 - 96.5%。除了类胡萝卜素外，转基因的番茄的维生素e (α-生育酚，494 % )、角鲨烯( 210 % )和植物甾醇( 94 %)中也出现增高。这些归因于类异戊二烯途径中基因表达的增加。

领导这项研究的chye教授说:“增加作物中健康营养成分是一个重要的研究领域，符合威尔逊博士和阿米莉亚夫人关于利用植物生物技术促进可持续未来的愿望。”。粮食作物中的健康营养成分的积累将提高水果和蔬菜营养加值，并丰富牲畜和水产养殖的饲料。王明夫博士补充说:“富含植物甾醇、维生素e和类胡萝卜素的提取物可以用于生产抗衰老霜和防晒霜。这些化合物具有良好的抗炎和抗氧化活性。"

这项研究由香港研究资助局、香港研究资助委员会、香港研究资助局( AOE / m - 05 / 12)及创新科技署创新科技基金(支持香港合作伙伴国家重点实验室)资助

Improved fruit α-tocopherol, carotenoid, squalene and phytosterol contents through manipulation of Brassica juncea3-HYDROXY-3-METHYLGLUTARYL-COA SYNTHASE1 in transgenic tomato

Summary

3-Hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A synthase (HMGS) in the mevalonate (MVA) pathway generates isoprenoids including phytosterols. Dietary phytosterols are important because they can lower blood cholesterol levels. Previously, the overexpression of Brassica juncea wild-type (wt) and mutant (S359A) BjHMGS1 in Arabidopsis up-regulated several genes in sterol biosynthesis and increased sterol content. Recombinant S359A had earlier displayed a 10-fold higher in vitro enzyme activity. Furthermore, tobacco HMGS overexpressors (OEs) exhibited improved sterol content, plant growth and seed yield. Increased growth and seed yield in tobacco OE-S359A over OE-wtBjHMGS1 coincided with elevations in NtSQS expression and sterol content. Herein, the overexpression of wt and mutant (S359A) BjHMGS1 in a crop plant, tomato (Solanum lycopersicum), caused an accumulation of MVA-derived squalene and phytosterols, as well as methylerythritol phosphate (MEP)-derived α-tocopherol (vitamin E) and carotenoids, which are important to human health as antioxidants. In tomato HMGS-OE seedlings, genes associated with the biosyntheses of C10, C15 and C20 universal precursors of isoprenoids, phytosterols, brassinosteroids, dolichols, methylerythritol phosphate, carotenoid and vitamin E were up-regulated. In OE-S359A tomato fruits, increased squalene and phytosterol contents over OE-wtBjHMGS1 were attributed to heightened SlHMGR2, SlFPS1, SlSQS and SlCYP710A11 expression. In both tomato OE-wtBjHMGS1 and OE-S359A fruits, the up-regulation of SlGPS and SlGGPPS1 in the MEP pathway that led to α-tocopherol and carotenoid accumulation indicated cross-talk between the MVA and MEP pathways. Taken together, the manipulation of BjHMGS1 represents a promising strategy to simultaneously elevate health-promoting squalene, phytosterols, α-tocopherol and carotenoids in tomato, an edible fruit.

研究小组将s359a引入了西红柿中。虽然转化番茄果实的外观和大小没有差异，但包括维生素原a和番茄红素在内的总类胡萝卜素分别增加了169 %和111%，这是通过控制的番茄中类胡萝卜素提取物的更深颜色所观察到的。此外，这些类胡萝卜素提取物的抗氧化活性比对照高89.5 - 96.5%。除了类胡萝卜素外，转基因的番茄的维生素e (α-生育酚，494 % )、角鲨烯( 210 % )和植物甾醇( 94 %)中也出现增高。这些归因于类异戊二烯途径中基因表达的增加。