转phyA2、ZmTMT和Bar玉米的获得及其特性分析

【目的】玉米是家禽和单胃动物饲料的主要原料,但玉米籽粒中高活性的α-生育酚含量较低,且籽粒中的磷主要是以植酸磷的形式存在,动物不能有效吸收利用,因此,饲料中需要添加化学合成的维生素E和无机磷或微生物来源的植酸酶以满足动物生长发育的需要,增加了饲料成本,同时又容易造成磷污染。通过转基因获得α-生育酚含量和植酸酶活性大量提高的玉米,为饲用玉米育种提供材料基础。【方法】构建含有3个基因表达盒的载体,采用农杆菌侵染的方法转化玉米,草铵膦作为筛选压力;通过喷施草铵膦和PCR鉴定的方法筛选转基因阳性植株,RT-PCR分析目的基因在转录水平的表达情况;Western blot分析目的基因在翻译水平上的表达情况,采用分光光度计测定转基因玉米籽粒中的植酸酶活性,利用HPLC测定籽粒中的维生素E含量,同时比较转基因株系与野生型在其他营养成分和农艺性状上的差异。【结果】构建了胚乳特异性启动子123387驱动的植酸酶基因phyA2表达盒、胚特异性启动子13387驱动的玉米γ-生育酚甲基转移酶基因ZmTMT表达盒以及组成型启动子CaMV35S驱动的草铵膦抗性基因Bar表达盒串联的植物表达载体;转化玉米获得转基因植株;喷施草铵膦和PCR鉴定得到阳性植株;经过多个世代回交转育,获得目标性状均较好的2个转基因纯合玉米株系TPB1和TPB2;RT-PCR和Western blot分析结果表明phyA2、ZmTMT和Bar在转基因玉米中显著高表达。植酸酶活性测定结果表明,转基因玉米籽粒中植酸酶活性达到10000-13000 U·kg^-1。维生素E含量测定结果表明,转基因玉米籽粒中90%以上的γ-生育酚转化为α-生育酚,α-生育酚的含量达到50-70 mg·kg^-1,α-三烯生育酚的含量也有明显增加。转基因玉米中的植酸酶活性和α-生育酚含量完全能够满足动物饲料的需要。转基因株系的农艺性状与野生型无显著差异,TPB1的营养成分与野生型总体无显著差异,TPB2稍高于野生型但是未产生不利影响;且均具有草铵膦抗性。【结论】获得的富含维生素E和植酸酶、且具有除草剂抗性的玉米新材料可以用于玉米杂交种的开发应用,降低饲料成本,提高磷的利用率,减少环境污染。

植物维生素E生物强化研究进展

维生素E是一种只能在光合组织中合成的脂溶性小分子有机化合物,是人体和动物营养不可缺少的重要维生素。由于植物中维生素E含量较低,人类大多处于慢性缺乏维生素E——"隐性饥饿"的状态,而动物饲料中则需要添加外源合成的维生素E以满足其营养需求。因此,提高植物中维生素E的含量是改善维生素E缺乏的重要途径之一。从维生素E的合成途径入手,详细地综述了维生素E合成关键酶基因的表达变化以及前体物质的含量变化对维生素E合成的影响,发现三烯生育酚和α-生育酚的生物强化效果较好,而生育酚总量提高受限;进而从遗传的角度探讨了维生素E合成受限的原因以及遗传上可能影响维生素E合成的其他代谢途径;最后结合可能影响维生素E合成的调控因子以及其前体物质的转运等方面为今后维生素E的生物强化提出了新的思路。