《玉米細胞色素P450胡蘿蔔素羥化酶基因的克隆及其鑑定》是依託東北師範大學，由朱長甫擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：玉米細胞色素P450胡蘿蔔素羥化酶基因的克隆及其鑑定
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：朱長甫
- 依託單位：東北師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
類胡蘿蔔素對人類營養和健康具有重要價值。在套用遺傳工程技術提高植物靶器官中某一特定類胡蘿蔔素含量時，存在很大的盲目性，這主要是由於目前人們對植物體內類胡蘿蔔素積累的調控機制等還不甚清楚。本項目從玉米種子胚乳中克隆細胞色素P450(CYP)胡蘿蔔素β-環羥化酶和胡蘿蔔素ε-環羥化酶cDNA；用可積累各種酶的反應底物的工程大腸桿菌系統鑑定克隆的全長cDNA編碼的酶的功能；通過在玉米種子胚乳中超量表達CYP胡蘿蔔素β-環羥化酶基因，研究其在種子胚乳中的超表達對胚乳中玉米黃質等類胡蘿蔔素組分和含量的影響；通過在玉米種子胚乳中超量共表達CYP胡蘿蔔素β-環羥化酶和β-胡蘿蔔素酮酶基因，研究其在玉米種子胚乳中的超表達對胚乳中蝦青素合成效率的影響；揭示他們對玉米種子胚乳類胡蘿蔔素合成和積累的調控機制，為利用基因工程技術培育具有較高含量的玉米黃質和/或蝦青素的玉米新種質提供新的基因源和奠定基礎。
結題摘要
類胡蘿蔔素對人類營養和健康具有重要價值。在套用遺傳工程技術提高植物靶器官中某一特定類胡蘿蔔素含量時，存在很大的盲目性，這主要是由於目前人們對植物體內類胡蘿蔔素積累的調控機制等還不甚清楚。為了進一步深入了解部分鑑定的玉米類胡蘿蔔素生物合成途徑，我們從玉米（Zea myas L.）自交系B73種子胚乳中克隆了細胞色素P450(CYP)胡蘿蔔素β-環羥化酶（ZmCYP97A和ZmCYP97B）和胡蘿蔔素ε-環羥化酶（ZmCYP97C）cDNA。所有編碼胡蘿蔔素β-環羥化酶和ε-環羥化酶的玉米CYP97基因在玉米基因組中都是單拷貝的。ZmCYP97A、ZmCYP97B和ZmCYP97C基因分別位於玉米第5、第4和第1染色體上，每個基因的編碼框序列分別含有14、13和9個內含子。這三個基因都是在玉米授粉後第10天的胚乳中表達較高，而後逐漸下降，直到授粉後第25天的胚乳中表達最低。在擬南芥基因敲除的突變體，lut1（敲除cyp97c1突變體的表型）、lut5（敲除cyp97a3突變體的表型）和lut1lut5（敲除cyp97c1 cyp97a3雙突變體的表型）中分別過表達在CaMV 35S啟動子驅動下的ZmCYP97A、ZmCYP97B和ZmCYP97C基因。通過對以上轉化的擬南芥純系基生葉的類胡蘿蔔素組分和含量以及轉基因表達分析等，我們鑑定了玉米細胞色素P450類胡蘿蔔素羥化酶基因編碼的酶的功能。ZmCYP97A和ZmCYP97C基因編碼的酶蛋白分別具有胡蘿蔔素β-環羥化酶和胡蘿蔔素ε-環羥化酶的活性，重要的是，我們首次證明ZmCYP97B基因編碼的酶蛋白不僅具有胡蘿蔔素β-環羥化酶的活性，而且還具有微弱的胡蘿蔔素ε-環羥化酶的活性。研究表明，玉米非血紅素β-胡蘿蔔素羥化酶2（ZmBCH2）是玉米種子胚乳中β，β-胡蘿蔔素生物合成的關鍵酶。ZmBCH2基因在玉米種子中特異性表達。我們證明了ZmBCH2基因起始密碼子上游774 bp啟動子中含有所有必要的順式調控元件來驅動GUS報告基因在轉基因水稻種子中特異性表達。我們也發現龍膽玉米黃質環氧化酶基因的表達與有色體的分化和發育密切相關，表明在玉米黃質環氧化酶基因與存儲類胡蘿蔔素的有色體發育之間有進化保守的連線。我們套用克隆的玉米種子胚乳特異性表達啟動子和多基因轉化等技術，開展了改良玉米澱粉質量和數量及其他農藝性狀的基因工程。
