特异性提高小麦胚乳中β-胡萝卜素含量的研究

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1、分类号Q7学号D201277421学校代码10487密级博士学位论文特异性提高小麦胚乳中β-胡萝卜素含量的研究学位申请人：曾坚学科专业：生物化学与分子生物学指导教师：何光源教授杨广笑教授答辩日期：2016年2月25日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinBiochemistryandMolecularBiologySpecificallyincreas

2、ingprovitaminAcontentinwheatendospermbysimultaneouslyexpressingCrtBandsilencingTaHYDPh.DCandidate：ZengJianMajor：BiochemistryandMolecularBiologySupervisors：Prof.HeGuangyuanProf.YangGuangxiaoHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.

3、ChinaFeb.,2016独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借

4、阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密R。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学博士学位论文摘要类胡萝卜素的含量是小麦营养品质的重要组成部分。虽然不同小麦品种中的类胡萝卜素含量有很大差异，但主要积累的都是不能转化成维生素A的叶黄素和玉米黄质，且含量都比较低。随着对类胡萝卜素生物学功能研究的不断深入，

5、类胡萝卜素越来越受到重视，研究人员希望开发出快速有效的手段来提高植物中的类胡萝卜素含量，特别是主粮作物中的类胡萝卜素含量。由于目前对高等植物中类胡萝卜素合成代谢调控的机制仍知之甚少，它限制了精准的类胡萝卜素代谢工程的应用进程。因此，为深入研究类胡萝卜素合成代谢的调控机制，首先需要克隆和鉴定更多的类胡萝卜素合成途径中的关键合成酶基因，为更加精准的类胡萝卜素代谢工程提供理论支持。有鉴于此，本论文主要从以下两个方面开展研究工作：小麦番茄红素环化酶基因(Lycopeneβ-cyclase,TaLCYB)的

6、克隆及功能鉴定；过表达欧文氏菌八氢番茄红素合成酶基因CrtB结合干扰胡萝卜素羟基化酶基因(β-carotenehydroxylase,HYD)，以期达到特异性地提高小麦胚乳中的β-胡萝卜素含量的目的。(1)番茄红素的环化是类胡萝卜素合成通路中的第一个分支节点，所以LCYB和番茄红素ε环化酶(Lycopeneε-cyclase,LCYE)的活性通常被认为可以决定下游类胡萝卜素的含量和最终比例。本实验室前期在过表达CrtB和欧文氏菌类胡萝卜素脱氢酶基因CrtI提高小麦类胡萝卜素含量的研究中发现，转基因

7、株系中内源合成酶基因LCYB的高表达是β-胡萝卜素积累的关键因素，但到目前为止，还没有发现任何关于小麦中LCYB基因的功能以及其与小麦中类胡萝卜素积累相关的研究报道，因此本研究首先通过电子克隆技术，分离得到了全长TaLCYB基因，通过生物信息学分析和细菌互补实验证明了TaLCYB具有番茄红素环化酶功能。实时荧光定量PCR分析结果表明，TaLCYB基因在不同组织中有不同的表达模式，虽然TaLCYB基因在种子发育后期有较高的表达水平，但是β-胡萝卜素的含量仍然呈现下降趋势。另外发现，TaLCYB基因的

8、表达强烈地受到强光处理的诱导，β-胡萝卜素的含量变化和TaLCYB基因的表达变化相一致。通过基因干扰的技术发现，下调小麦中TaLCYB基因的表达I华中科技大学博士学位论文可使β-胡萝卜素和叶黄素的含量下降并伴随着番茄红素的积累，同时其它相关的类胡萝卜素合成酶基因的表达同样发生了不同程度的变化，这一研究结果证明TaLCYB基因在小麦种子β-胡萝卜素合成过程中扮演重要的角色并主要控制了维生素A原的合成，同时决定下游类胡萝卜素产物的流量；这为小麦类胡萝卜素的合成代谢研究提供了新的视角并同