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植物是一个极其灵活的化学工厂,可以产生成千上万种化学物质,其中一些化学物质称为次级代谢产物。花青素和β-胡萝卜素是植物产生的重要次级代谢产物,对人类营养健康起着重要的作用。花青素是一种水溶性黄酮类色素,是强有效的自由基清除剂。β-胡萝卜素是最重要的一种类胡萝卜素,可在人体内转化为维生素A,消除或减小维生素A缺乏引起的症状。水稻是世界一半人口的主食。目前主要的栽培品种为白米,缺乏花青素积累,而且水稻胚乳中缺乏维生素A原,如果人们长期以水稻为主食且很少补充其它的食物,将会面临严重的健康问题。因此,培育优质高花青素含量和高β-胡萝卜素含量的水稻品种至关重要。本研究从黑米品种黑帅(Heishuai,HS)中克隆水稻内源调控花青素合成的转录因子OsC1、OsB2和OsPAC1,并导入到白米粳稻品种Chao2-10和ZH11中超量表达,观察花青素生物合成途径结构基因的表达情况,为培育胚乳富含花青素的水稻品种奠定基础。其次将富含β-胡萝卜素的水稻 GRH(Golden Rice of Huazhong Agricultural University)和富含花青素的水稻HS杂交,希望培育出既富含花青素又含有β-胡萝卜素的水稻材料。本研究获得的主要结果如下:1.从黑米品种HS中克隆水稻内源调控花青素合成的转录因子OsC1、OsB2和OsPAC1,分别构建了 3个单基因超表达载体和两个双基因超表达载体(分别含 OsC1、OsB2和OsC1、OsPAC1)。2.将3个单基因超表达载体分别转化白米粳稻品种Chao2-10和ZH11。对转化苗进行PCR和Southern blotting检测,OsC1转化Chao2-10(简称为CC)和转化ZH11(简称为CZ)分别获得3个单拷贝家系和18个单拷贝家系;OsPAC1转化Chao2-10(简称为PC)和转化ZH11(简称为PZ)分别获得11个单拷贝家系和9个单拷贝家系;OsB2转化Chao2-10(简称为BC)和转化ZH11(简称为BZ)均获得28株T0代独立转化植株。3.对3个单基因超表达材料中花青素生物合成相关结构基因的表达量进行分析,结果表明,Chao2-10和ZH11超量表达OsC1后,花青素代谢途径上的大部分结构基因上调表达;Chao2-10中超量表达OsPAC1后,OsCHS、OsCHI、OsANS、OsUFGT上调表达,而OsF3H、OsF3H、表达基本不变;ZH11中超量表达OsPAC1 后,OsCHS、OsANS、OsUFGT上调表达,而 OsCHI、OsF3H、OsF3’H的表达基本不变;Chao2-10和ZH11中超量表达OsB2后,OsCHS、OsCHI、OsF’H、OsANS、OsUFGT上调表达,而OsF3H的表达基本不变。4.对3个单基因超表达材料进行表型考察发现,超量表达OsC1的Chao2-10,在抗性愈伤分化阶段观察到花青素的积累,再生转基因植株的叶片、叶鞘、稃尖等部位有明显花青素积累。利用高效液相色谱(HPLC)测定转基因水稻叶片中花青素含量,发现主要是矢车菊素-30-葡萄糖苷和芍药素-30-葡萄糖苷两种花青素的积累。其它转基因材料,超量表达OsC1的ZH11,超量表达OsB2的Chao2-10和ZH11,超量表达OsPAC1的Chao2-10和ZH11均未观察到花青素的积累。5.将OsC1和OsB2的聚合载体遗传转化白米粳稻品种Chao2-10和ZH11,发现转化ChaO2-10后,在抗性愈伤分化阶段观察到有花青素积累,而转化ZH11后在抗性愈伤分化阶段无花青素积累。6.将富含β-胡萝卜素的材料GRH和富含花青素的材料HS杂交,得到了既含花青素又含有β-胡萝卜素的水稻材料GRHA(GRH with Anthocyanin)。经HPLC测定发现,HS和GRHA中主要积累矢车菊素-30-葡萄糖苷和芍药素-30-葡萄糖苷,HS中矢车菊素-30-葡萄糖苷和芍药素-30-葡萄糖苷含量分别为73.69μg/g和0.62 μg/g,GRHA中矢车菊素-30-葡萄糖苷和芍药素-30-葡萄糖苷含量分别为130.12 μg/g和0.42μg/g,GRHA中花青素含量比父本HS高75.67%;GRH中β-胡萝卜素含量为10.22μg/g,GRHA中β-胡萝卜素含量为13.31μg/g比母本GRH高 30.23%.