蝦青素（又稱蝦紅素）是一種紅色的酮類胡蘿卜素。天然的蝦青素是世界上最強(qiáng)的天然抗氧化劑之一，能夠維持機(jī)體平衡和減少衰老細(xì)胞的堆積。然而，蝦青素在大多數(shù)高等植物中無法產(chǎn)生，只在一些藻類和酵母產(chǎn)生。因此在平時(shí)的膳食中，人們獲取抗氧化性較強(qiáng)的蝦青素的途徑非常少。

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將蝦青素與常見的糧食作物水稻相結(jié)合，研制出了富含蝦青素的“蝦紅大米”。該成果于2018年11月發(fā)表在期刊《分子植物》上。

《分子植物》（Molecular Plant）創(chuàng)刊于2008年，是一本植物學(xué)領(lǐng)域?qū)I(yè)雜志，由Molecular Plant上海編輯部與英國牛津大學(xué)出版社（OUP）合作出版，也是美國細(xì)胞出版社在亞洲的第一本合作期刊。2017年《分子植物》的SCI影響因子為9.326，在全球植物科學(xué)領(lǐng)域研究類期刊中排名第二。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)是指通過基因工程手段，將人工分離和修飾過的基因?qū)氲缴矬w基因組中，通過外源基因的穩(wěn)定遺傳和表達(dá)，達(dá)到品種創(chuàng)新和遺傳改良的目的。

該研究的通訊作者、中國科學(xué)院院士、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授劉耀光告訴澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者，研究蝦紅大米和此前研究的胚乳富含花青素的“紫晶米”，主要都是為了實(shí)證多基因疊加轉(zhuǎn)化技術(shù)和多基因疊加轉(zhuǎn)化載體系統(tǒng)（TransGene Stacking system II, TGS II）的工作效率。紫晶米的研究已于2017年5月發(fā)表在《分子植物》上。

植物中重要的性狀和復(fù)雜的代謝產(chǎn)物的合成，通常需要多個(gè)基因共同作用，其基因工程操作常常需要用到多基因疊加轉(zhuǎn)化技術(shù)（Multigene stacking）?，F(xiàn)有的常規(guī)技術(shù)手段只能完成少數(shù)（通常1-3個(gè)）基因的操作。因此，在劉耀光看來，多基因組裝與轉(zhuǎn)化技術(shù)，是目前基因工程研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。

劉耀光表示，由于蝦青素的合成與調(diào)控涉及多個(gè)基因，常規(guī)基因工程技術(shù)操作，很難實(shí)現(xiàn)對其的合成操作。于是，作為具體的研究實(shí)例，研究團(tuán)隊(duì)利用TGS II系統(tǒng)，在水稻胚乳中重構(gòu)了蝦青素的代謝途徑。

水稻胚乳中β-胡蘿卜素，角黃素和蝦青素的生物工程合成? ? ? 圖來自：《分子植物》（Zhu等，2018）

研究結(jié)果證明，引入最少四種轉(zhuǎn)基因，能夠在水稻胚乳中從頭生物合成（de novo synthesis）蝦青素。

劉耀光介紹，幾乎所有的植物和動(dòng)物自身均不能合成蝦青素。三文魚、蝦類等動(dòng)物體內(nèi)積累的蝦青素，來源于所攝取的含蝦青素藻類或加工飼料。加工飼料中添加的蝦青素由化學(xué)合成，其分子結(jié)構(gòu)屬性與天然蝦青素的不同，抗氧化活性較低。此外，除了價(jià)格因素，許多人群對蝦等海鮮有過敏。因此，蝦青素米的創(chuàng)制成功，意味著一種新型的營養(yǎng)功能強(qiáng)化食品問世，未來或許可以豐富人們的膳食選擇，有利于促進(jìn)健康。

論文中還提到，改良的第二代黃金大米為團(tuán)隊(duì)研究蝦青素米提供了部分思路。第二代黃金大米通過引入并表達(dá)來自玉米的psy基因和來自歐文氏菌的crtl基因，更有效地產(chǎn)生β-胡蘿卜素，因其外表為金黃色，因此被稱為黃金大米。

作為類胡蘿卜素之一，β-胡蘿卜素在許多植物中含量較低，并且很難用化學(xué)方法合成，主要是通過生物合成方式完成。生物合成類胡蘿卜素生物有幾種不同的途徑，在真菌和植物細(xì)胞胞液/內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，是由乙酰輔酶A途徑合成的。

針對黃金大米給研究團(tuán)隊(duì)的啟發(fā)，劉耀光向澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者解釋，黃金大米產(chǎn)生的是β-胡蘿卜素，這是角黃素和蝦青素合成途徑的前體物。也就是說，包括番茄紅素、β-胡蘿卜素、角黃素等，均為類胡蘿卜素生物合成過程的中間形態(tài)，目前研究發(fā)現(xiàn)蝦青素為類胡蘿卜素生物合成的終端形態(tài)。

由乙酰輔酶A通過生物途徑合成蝦青素的示意圖

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在黃金米需要導(dǎo)入2個(gè)基因的基礎(chǔ)上，再多導(dǎo)入1個(gè)基因就可以產(chǎn)生角黃素，而再多導(dǎo)入2個(gè)基因就可以產(chǎn)生蝦青素。

蝦青素水稻的研制成功不僅產(chǎn)生了新型的營養(yǎng)功能強(qiáng)化食品，也證明水稻種子胚乳是一種理想的生物反應(yīng)器，可以用基因工程技術(shù)生產(chǎn)有價(jià)值的營養(yǎng)物質(zhì)和藥物。劉耀光向澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者表示，根據(jù)一些文獻(xiàn)報(bào)道，蝦青素的結(jié)構(gòu)在高溫下可能發(fā)生一定程度的改變。蝦青素含量及抗氧化活性可以通過特定的方法和儀器測定，研究團(tuán)隊(duì)目前正在按計(jì)劃開展對蝦青素米在蒸煮前后，蝦青素含量和抗氧化活性的檢測。與此同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)還在開發(fā)含量更高的第二代蝦青素米，也考慮開發(fā)其它營養(yǎng)成分的水稻新種質(zhì)。

與任何技術(shù)一樣，劉耀光向澎湃新聞?dòng)浾弑硎荆D(zhuǎn)基因作為一種技術(shù)，本身是中性的。對每一種目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性，是按規(guī)定經(jīng)過嚴(yán)格的科學(xué)實(shí)驗(yàn)分析，確認(rèn)其安全性后，才能獲得政府監(jiān)管部門核發(fā)的安全證書。而目前由于國內(nèi)尚未開放基因工程改良糧食作物的品種審定環(huán)節(jié)，也意味著尚未開放這類作物的商業(yè)化種植。該研究僅為植物合成生物學(xué)和作物生物強(qiáng)化提供科學(xué)研究的范例，不涉及其他問題。

文章來源：澎湃新聞