“虾红大米”在中国研制成功

蒋笙翰

虾青素（又称虾红素）是一种红色的酮类胡萝卜素。天然的虾青素是世界上最强的天然抗氧化剂之一，能够维持机体平衡和减少衰老细胞的堆积。然而，由于虾青素在大多数高等植物中无法产生，只在一些藻类和酵母中产生。因此，在平时的膳食中，人们获取抗氧化性较强的虾青素的途径非常少。

华南农业大学通过转基因技术，将虾青素与常见的粮食作物水稻相结合，研制出了富含虾青素的“虾红大米”。转基因技术是指通过基因工程手段，将人工分离和修饰过的基因导入生物体基因组中，通过外源基因的稳定遗传和表达，达到品种创新和遗传改良的目的。

该研究的通讯作者、中国科学院院士、华南农业大学教授刘耀光说，研究“虾红大米”和此前研究的胚乳富含花青素的“紫晶米”，主要是为了实证多基因叠加转化技术和多基因叠加转化载体系统的工作效率。

植物中重要的性状和复杂的代谢产物的合成，通常需要多个基因共同作用，其基因工程操作常常需要用到多基因叠加转化技术。由于现有的常规技术手段只能完成少数（通常1～3个）基因的操作。因此，在刘耀光看来，多基因组装与转化技术是目前基因工程研究的热点与难点。

刘耀光表示，虾青素的合成与调控涉及多个基因，常规基因工程技术操作，很难实现对其合成操作。为此，作为具体的研究实例，研究团队利用TGS II系统，在水稻胚乳中重构了虾青素的代谢途径。研究结果证明，引入最少4种转基因，能够在水稻胚乳中从头生物合成（de novo synthesis）虾青素。

刘耀光介绍，几乎所有的植物和动物自身均不能合成虾青素。三文鱼、虾类等动物体内积累的虾青素，来源于所摄取的含虾青素藻类或加工饲料。加工饲料中添加的虾青素由化学合成，其分子结构属性与天然虾青素不同，抗氧化活性较低。此外，除了价格因素，許多人群对虾等海鲜过敏。而虾青素米的创制成功，意味着一种新型的营养功能强化食品问世，未来或许可以丰富人们的膳食选择，有利于促进人类健康。

作为类胡萝卜素之一，β-胡萝卜素在许多植物中含量较低，并且很难用化学方法合成，主要是通过生物合成方式完成。生物合成类胡萝卜素生物有几种不同的途径，在真菌和植物细胞胞液/内质网上，是由乙酰辅酶A途径合成的。

针对黄金大米给研究团队的启发，刘耀光向澎湃新闻记者解释，黄金大米产生的是β-胡萝卜素，这是角黄素和虾青素合成途径的前体物。也就是说，包括番茄红素、β-胡萝卜素、角黄素等，均为类胡萝卜素生物合成过程的中间形态，目前研究发现虾青素为类胡萝卜素生物合成的终端形态。

研究团队发现，在黄金米需要导入2个基因的基础上，再多导入1个基因就可以产生角黄素，而再多导入2个基因就可以产生虾青素。

虾青素水稻的研制成功不仅产生了新型的营养功能强化食品，也证明水稻种子胚乳是一种理想的生物反应器，可以用基因工程技术生产有价值的营养物质和药物。刘耀光向澎湃新闻记者表示，根据一些文献报道，虾青素的结构在高温下可能发生一定程度的改变。虾青素含量及抗氧化活性可以通过特定的方法和仪器测定，研究团队目前正在按计划开展对虾青素米在蒸煮前后，虾青素含量和抗氧化活性的检测。与此同时，研究团队还在开发含量更高的第二代虾青素米，也考虑开发其他营养成分的水稻新种质。

与任何技术一样，刘耀光表示，转基因作为一种技术，本身是中性的。对每一种目标基因的转基因产品的安全性，是按规定经过严格的科学实验分析，确认其安全性后，才能获得政府监管部门核发的安全证书。而目前由于国内尚未开放基因工程改良粮食作物的品种审定环节，意味着尚未开放这类作物的商业化种植。该研究仅为植物合成生物学和作物生物强化提供科学研究的范例，不涉及其他问题。