利用基因工程生产转基因番茄

研究意义及前景
• 番茄红素是植物中所含的一种天然色素，是迄 番茄红素是植物中所含的一种天然色素， 今为止自然界中被发现的最强抗氧化剂之一。 今为止自然界中被发现的最强抗氧化剂之一。 • 科学证明，人体内的单线态氧和氧自由基是侵 科学证明， 害人体自身免疫系统的罪魁祸首。 害人体自身免疫系统的罪魁祸首。番茄红素清 除自由基的功效远胜于其他类胡萝卜素和维生 素E，其淬灭单线态氧速率常数是维生素 的 ，其淬灭单线态氧速率常数是维生素E的 100倍。它可以有效的防治因衰老，免疫力下 倍 它可以有效的防治因衰老， 降引起NAi介导的Lcy基因沉默对番茄果实中番茄 红素含量的影响[D];西南大学;2007年 • 梁智慧,王祯丽;番茄红素的研究生产现状及发展趋 势[J];新疆石油教育学院学报;2003年02期 • 牛昆；转基因酿酒酵母产番茄红素的研究天津大 学 发表时间:2008-06-01 • 徐加新 梁燕； LYC-b基因反义表达对番茄果实番 茄红素含量的影响西北农林科技大学学报(自然科 学版) 2009年 第12期 • 李利锋；美育出转基因西红柿农业科技通讯 2003 年 第03期
利用基因工程生产转基因番茄
转基因食品（ 转基因食品（Genetically Modified Foods，GMF） ， ） 是利用现代分子生物技术， 是利用现代分子生物技术，将某些生物的基因转移 到其他物种中去，改造生物的遗传物质， 到其他物种中去，改造生物的遗传物质，使其在形 营养品质、 状、营养品质、消费品质等方面向人们所需要的目 标转变。 标转变。以转基因生物为直接食品或为原料加工生 产的食品。 产的食品。
• 番茄红素在植物细胞中的合成是在质体和 叶绿体中进行的，其生物合成的过程为： 叶绿体中进行的，其生物合成的过程为： 八氢番茄红素(Psy)在脱氢酶作用下依次脱 八氢番茄红素 在脱氢酶作用下依次脱 氢生成六氢番茄红素、 氢生成六氢番茄红素、链孢红素和番茄红 番茄红素在番茄红素环化酶(Lyc)的作 素。番茄红素在番茄红素环化酶 的作 用下转化为其它类胡萝卜素。 用下转化为其它类胡萝卜素。如果通过 RNAi抑制番茄果实中番茄红素 环化酶基 抑制番茄果实中番茄红素β环化酶基 抑制番茄果实中番茄红素 因的表达，就可以阻止番茄红素降解， 因的表达，就可以阻止番茄红素降解，促 进其积累， 进其积累，从而创造高番茄红素的转基因 番茄新种质。 番茄新种质。
转基因番茄
• 转基因番茄是全球第一种允许上市的转基因蔬 菜。早在1994年，美国就批准一种转基因西 红柿上市，这种番茄的皮比较厚，便于人们运 输和储藏。后来又有人培育出具有一定抗癌功 能的转基因番茄。
• 美国印第安那州的帕丹尤大学与农业部农 业研究局的科研工作者们最近培育出一种 含抗氧化物质番茄红素---比老品种高3.5倍， 被确认为有抗癌作用和保健功能的新品种 番茄。
可使农作物开发的时间大为 缩短；可以摆脱季节、 缩短；可以摆脱季节、气候 的影响，四季低成本供应； 的影响，四季低成本供应； 打破物种界限， 打破物种界限，不断培植新 物种， 物种，生产出有利于人类健 康的食品
近十余年来，现代生物技术的发展在 近十余年来，现代生物技术的发展在 生物技术 农业上显示出强大的潜力， 农业上显示出强大的潜力，并逐步发 展成为能够产生巨大社会效益和经济 利益的产业。
转基因食品有较多的优点： 转基因食品有较多的优点：可增加 作物单位面积产量； 作物单位面积产量；可以降低生产 成本； 成本；通过转基因技术可增强作物 抗虫害、抗病毒等的能力； 抗虫害、抗病毒等的能力；提高农 产品的耐贮性，延长保鲜期， 产品的耐贮性，延长保鲜期，满足 人民生活水平日益提高的需求； 人民生活水平日益提高的需求；
• 利用生物技术的方法使得番茄中番茄红素的含量 显著提高，从而获得人们所需要的转基因番茄。 显著提高，从而获得人们所需要的转基因番茄。 现已有专业的技术手段可实现这一操作， 现已有专业的技术手段可实现这一操作，故对其 的研究是有意义的， 的研究是有意义的，其产业化也会引起更多商家 和企业或政府的关注 。
• 番茄红素的功效： 番茄红素的功效： 1、对防治前列腺疾病、前列腺癌、 1、对防治前列腺疾病、前列腺癌、肺 胃癌、乳癌有奇效， 癌、胃癌、乳癌有奇效， 2、有效抑制癌细胞的扩散和复制，被 、有效抑制癌细胞的扩散和复制， 西方国家称为“植物黄金” 西方国家称为“植物黄金”， 3、保护细胞 免受自由基损害， 、保护细胞DNA免受自由基损害，防 免受自由基损害 止细胞病变、突变、癌变； 止细胞病变、突变、癌变； 4、含强力抗氧化生物活物质， 、含强力抗氧化生物活物质， 5、能促使细胞的生长和再生，美容祛 、能促使细胞的生长和再生， 延缓衰老，维技皮肤健康。 皱，延缓衰老，维技皮肤健康。
• 以番茄品种 以番茄品种"TTI1117A"和"灵光 号"为材料 和 灵光 灵光3号 为材料 ,构建了分别由 构建了分别由CaMV35S启动子驱动的 构建了分别由 启动子驱动的 GUS标记基因和反义 标记基因和反义LYC-b5′基因双价植物 标记基因和反义 基因双价植物 表达载体,通过农杆菌 通过农杆菌GV3101介导 将基因 介导,将基因 表达载体 通过农杆菌 介导 整合到番茄基因组中,采用 采用GUS、PCR以及 整合到番茄基因组中 采用 、 以及 RT-PCR、Northern杂交进行检测 并测定 杂交进行检测,并测定 、 杂交进行检测 了转基因植株果实中的番茄红素含量。 了转基因植株果实中的番茄红素含量。
• 对挑取的阳性转化子进行连续三次 的发酵实验,得到了遗传性状比较稳 的发酵实验 得到了遗传性状比较稳 定的一株转化菌株,使用酸热法提取 定的一株转化菌株 使用酸热法提取 色素物质,进行 进行HPLC检测 与番茄红 检测,与番茄红 色素物质 进行 检测 素标准品进行比对,证实了类胡萝卜 素标准品进行比对 证实了类胡萝卜 素合成酶基因在转化菌株中得到表 产生了番茄红素,并利用 达,产生了番茄红素 并利用 产生了番茄红素 并利用HPLC对 对 样品定量,得到了转化菌株的原始番 样品定量 得到了转化菌株的原始番 茄红素产生量60µg/g 茄红素产生量
我国是仅次于美国和意大利的第三大番茄生产国， 我国是仅次于美国和意大利的第三大番茄生产国，番茄 产量约占全球的20%左右，具有发展番茄加工业得天独 左右， 产量约占全球的 左右 厚的优势。有关人士分析认为，我国每年大约有150万 厚的优势。有关人士分析认为，我国每年大约有 万 癌症患者，成为治疗癌症的番茄红素药物的极大市场， 癌症患者，成为治疗癌症的番茄红素药物的极大市场， 此外亚健康人员更是番茄红素产品的最大消费群体， 此外亚健康人员更是番茄红素产品的最大消费群体，如 果再加上美容用品，食品添加剂，其市场容量就更大了， 果再加上美容用品，食品添加剂，其市场容量就更大了， 可见番茄红素是一个非常有前景的产业。近年国内外企 可见番茄红素是一个非常有前景的产业。 业均纷纷看好这一产业，从目前国内投资情况看， 业均纷纷看好这一产业，从目前国内投资情况看，番茄 红素市场极有可能在不久的将来引发一场“红色风暴” 红素市场极有可能在不久的将来引发一场“红色风暴”。
• 由GUS、PCR检测结果可知 筛选出 株 检测结果可知,筛选出 、 检测结果可知 筛选出1株 "TTI1117A"和4株"灵光 号"转基因植株 灵光3号 转基因植株 转基因植株; 和 株 灵光 • RT-PCR、Northern杂交检测结果表明 目的基因 杂交检测结果表明,目的基因 、 杂交检测结果表明 RNA水平上已经表达 水平上已经表达;对番茄果实中番茄红素含 在RNA水平上已经表达;对番茄果实中番茄红素含 量的测定结果表明,转基因植株果实中番茄红素含 量的测定结果表明 转基因植株果实中番茄红素含 量均高于未转基因植株。 量均高于未转基因植株。
含有ySAMdc基因的番茄果实产 基因的番茄果实产 含有 生更多多胺（ 生更多多胺（Polyamine）。 ）。 多胺是生物代谢过程中产生的 一类具有生物活性的低分子量 脂肪族含氮碱,具有刺激植物生 脂肪族含氮碱 具有刺激植物生 长和延缓衰老的作用。 长和延缓衰老的作用。研究表 明插入该基因使得番茄果实在 枝条上呆的时间变长， 枝条上呆的时间变长，保质期 也延长了。 也延长了。
实际操作方法
• 方法步骤如下：１）将含有酵母Ｓ－腺苷基蛋氨酸 方法步骤如下： 将含有酵母Ｓ－腺苷基蛋氨酸 Ｓ－ 脱羧酶基因ｃＤＮＡ ｃＤＮＡ片断接入番茄果实成熟专一性 脱羧酶基因ｃＤＮＡ片断接入番茄果实成熟专一性 表达启动子之后，构建植物特异性表达载体；２） 表达启动子之后，构建植物特异性表达载体； 将上述载体转化的农杆菌ＬＢＡ４４０４感染番茄 ＬＢＡ４４０４ 将上述载体转化的农杆菌ＬＢＡ４４０４感染番茄 子叶； 子叶；３）感染后的番茄叶片置于分化培养基上进 行分化培养； 行分化培养；
• 番茄红素是原本就存于番茄中的活性成分，但是 番茄红素是原本就存于番茄中的活性成分， 随着番茄果的成熟而进入“休眠”状态。同时， 随着番茄果的成熟而进入“休眠”状态。同时， 番茄红素是番茄体内形成红色的色素成分， 番茄红素是番茄体内形成红色的色素成分，在人 体内俱有捕捉可使组织遭受损伤并此发癌症的活 性氧的性质， 性氧的性质，从而充分显示其在抗癌保健中的重 因此，培育高番茄红素的番茄品种， 要作用 。因此，培育高番茄红素的番茄品种，是 近年来国内外番茄品质育种热点。
番茄红素(Lycopene)是植物中的一种 是植物中的一种 番茄红素 天然色素，属于类胡萝卜素中的一种， 天然色素，属于类胡萝卜素中的一种， 它是许多类胡萝卜素生物合成的中间 经过环化可形成其它类胡萝卜素。 体，经过环化可形成其它类胡萝卜素。 番茄红素主要存在于番茄、西瓜、 番茄红素主要存在于番茄、西瓜、红 色葡萄柚等植物的果实，茶的叶片以 色葡萄柚等植物的果实， 及萝卜、胡萝卜等植物的根部， 及萝卜、胡萝卜等植物的根部，其中 以番茄果实中的番茄红素含量最高。 以番茄果实中的番茄红素含量最高。 番茄红素是类胡萝卜素中活性最强的 抗氧化剂，有延迟衰老的作用， 抗氧化剂，有延迟衰老的作用，可以 预防和缓解多种疾病， 预防和缓解多种疾病，且对人体没有 任何毒副作用， 任何毒副作用，故被认定为营养型保 健食品。 健食品。
• ４）田间种植、多代自交后， 田间种植、多代自交后， 形成稳定的转基因自交系。 形成稳定的转基因自交系。本 发明采用番茄果实专一性高效 表达的启动子Ｅ 表达的启动子Ｅ８，利用这一 果实成熟特异表达启动子不仅 具有十分特异的果实专一性， 具有十分特异的果实专一性， 而且表达量明显高于通用的组 成型表达启动子ＣａＭＶ 成型表达启动子ＣａＭＶ ３５Ｓ。 Ｓ。在不影响植株正常生 ３５Ｓ。在不影响植株正常生 长前提下， 长前提下，提高果实番茄红素 代谢酶活性， 代谢酶活性，显著增加成熟果 实中番茄红素的含量。 实中番茄红素的含量。
• 这种番茄新品种是通过 将酵母菌的遗传基因引 入到番茄的DNA中后取 得的，酵母菌在这里起 到刺激产生番茄红素的 作用。
作用机理
番茄红素赋予成熟番茄果实剔 透的红宝石颜色。 透的红宝石颜色。根据发表在 自然生物技术》 《自然生物技术》上的文章报 这种转基因 转基因番茄番茄红素 道，这种转基因番茄番茄红素 的产量比普通番茄高2到 倍 的产量比普通番茄高 到3倍。 研究人员插入的酵母基因为 ySAMdc。他们对基因进行了 。 改造使得基因只在番茄的果实 而不是其它部分表达。 而不是其它部分表达。
• 科学家首次将来自于药用草原 黄花龙胆的类胡萝卜合成酶基 因:八氢番茄红素合成酶基因 八氢番茄红素合成酶基因 (psy)、八氢番茄红素脱氢酶基 、 因(pds、zds)。质粒 、 。质粒YCp22Gal-psy YEplac195-pds、 、 YEplac181-zds(质粒为本实验 质粒为本实验 室构建)经验证后逐一转入酿酒 室构建 经验证后逐一转入酿酒 酵母w303菌株中 并得到了阳 菌株中,并得到了阳 酵母 菌株中 性转化子。 性转化子。