中国农学通报第２３卷第１１期２００７年１１月

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植物类胡萝卜素生物合成及其调控与遗传操作

张建成，刘和

（山西农业大学园艺学院，山西太谷０３０８０１）

摘要：类胡萝卜素是生物体内通过类异戊二烯途径合成的、自然界广泛存在的一大类天然色素物质的总称。近年来，类胡萝卜素生物合成基因的分离和功能鉴定与有关类胡萝卜素生物合成调控机制研究的新进展，使通过遗传操作调控植物体内类胡萝卜素生物合成途径成为可能。本文主要综述了近年来类胡萝卜素生物合成及其调控研究的进展，并介绍了应用转基因技术改变植物体内类胡萝卜素成分与含量的成功事例。

关键词：类胡萝卜素；生物合成及调控；转基因植物中图分类号：Ｑ９４５．１８

文献标识码：Ａ

ＲｅｃｅｎｔＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＣａｒｏｔｅｎｏｉｄＢｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ＲｅｇｕｌａｔｉｏｎａｎｄＭａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ

ＺｈａｎｇＪｉａｎｃｈｅｎｇ，ＬｉｕＨｅ

（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＨｏｒｔｃｕｌｔｕｒｅ，ＳｈａｎｘｉＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｉｇｕ０３０８０１）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｒｏｔｅｎｏｉｄｓａｒｅｉｓｏｐｒｅｎｏｉｄｍｏｌｅｃｕｌｅｓｔｈａｔａｒｅｔｈｅｍｏｓｔｗｉｄｅｓｐｒｅａｄｇｒｏｕｐｏｆｐｉｇｍｅｎｔｓｆｏｕｎｄｉｎｎａ－ｔｕｒｅ．Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｔｈｅｃｌｏｎｉｎｇａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｃａｒｏｔｅｎｏｇｅｎｉｃｇｅｎｅｓａｎｄｔｈｅｎｅｗｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｓｔｕｄｉｅｓｏｆｃａｒｏｔｅｎｏｉｄｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｍａｋｅｔｈｅｇｅｎｅｔｉｃａｌｌｙｍａｎｉｐｕｌａｔｉｎｇｃａｒｏｔｅｎｏｉｄｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓｐａｔｈｗａｙｔｏｂｅｐｏｓｓｉｂｌｅｉｎｐｌａｎｔｓ．Ｉｎｔｈｉｓｒｅｖｉｅｗ，ｔｈｅｒｅｃｅｎｔｌｙｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｃａｒｏｔｅｎｏｉｄｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄｒｅｇｕｌａｔｉｏｎａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ａｎｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｓｏｍｅｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｔｒａｎｓｇｅｎｉｃｐｌａｎｔｓｏｆａｌｔｅｒｉｎｇｔｈｅｃａｒｏｔｅｎｏｉｄｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｅｎｔｂｙｔｒａｎｓｇｅｎｉｃｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃａｒｏｔｅｎｏｉｄｓ，ＣａｒｏｔｅｎｏｉｄＢｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄＲｅｇｕｌａｔｉｏｎ，Ｔｒａｎｓｇｅｎｉｃｐｌａｎｔｓ类胡萝卜素是生物体内通过类异戊二烯途径合成而呈现红色、橙红色和黄色的一大类色素物质的总称。

Ｃ４５、Ｃ５０类胡萝卜素外，除极少数非光合细菌合成Ｃ３０、

类胡萝卜素主要是由８个类异戊二烯单位缩合而成的

Ｃ４０的四萜类色素。迄今，在自然界中已发现６００多种Ｃ４０类胡萝卜素，主要作为高等植物、藻类和蓝细菌（ｃｙａｎｏｂａｃｔｅｒｉａ）光合膜的重要组分。

植物类胡萝卜素主要分布于植物叶绿体和有色体膜中，包括胡萝卜素（ｃａｒｏｔｅｎｅ）和叶黄素（ｘａｎｔｈｏｐｈｙｌｌｓ）两大类。植物类胡萝卜素是光吸收复合体的重要组分，并且在保护光合器官、防止光氧化损伤等方面起着重要作用［１，２］。植物类胡萝卜素也是许多花和果实中的重要色素，赋予植物花、果实等器官绚丽的色彩，用以吸引昆虫、鸟类或其它动物来进行授粉和传播种子［１］。植

物类胡萝卜素还是植物激素（如ＡＢＡ）［３］、防御化合物［４］

［５］

和风味芳香物（如β－吲哚）等许多生理活性物质生物合成的前体。此外，β－胡萝卜素和含β－环的胡萝卜素是人类及动物体内维生素Ａ（ｒｅｔｉｎｏｌ）合成的前体［６］，许多其它非维生素Ａ类胡萝卜素，如叶黄体素（ｌｕｔｅｉｎ）、玉米黄质（ｚｅｔｘａｎｔｈｉｎ）、番茄红素（ｌｙｃｏｐｅｎｅ）在淬灭自由基、增强人体免疫力、预防心血管疾病和防癌抗癌等保护人类健康方面具有更为重要的作用［７］。

早在２０世纪５０、６０年代，人们就已逐渐阐明了类胡萝卜素生物合成的途径［８］。迄今，应用反向遗传学技术［９］、转座子标签法［１０］、异源基因作探针筛选文库［１１］、基因图位克隆［１２，１３］及其工程大肠杆菌“颜色互补”等技术［１４］，将参与植物类胡萝卜素生物合成的基因均分离和鉴定，对植物类胡萝卜素生物合成途径、相关基因

第一作者简介：张建成，男，１９７４年出生，山西农业大学讲师，华中农业大学在职博士研究生生，主要研究方向为生物技术与果树遗传育种。通信地

０３０８０１山西省太谷县山西农业大学园艺学院。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｊｃｎｄ００１＠ｗｅｂｍａｉｌ．ｈｚａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ或ｚｊｃｎｄ００１＠１６３．ｃｏｍ。址：

通讯作者：刘和，男，１９６２年出生，山西农业大学副教授，主要研究方向为果树栽培生理。收稿日期：２００７－０３－２８，修回日期：２００７－０５－１１。