“蝦紅大米”在中國研制成功

蔣笙翰

蝦青素（又稱蝦紅素）是一種紅色的酮類胡蘿卜素。天然的蝦青素是世界上最強的天然抗氧化劑之一，能夠維持機體平衡和減少衰老細胞的堆積。然而，由于蝦青素在大多數高等植物中無法產生，只在一些藻類和酵母中產生。因此，在平時的膳食中，人們獲取抗氧化性較強的蝦青素的途徑非常少。

華南農業大學通過轉基因技術，將蝦青素與常見的糧食作物水稻相結合，研制出了富含蝦青素的“蝦紅大米”。轉基因技術是指通過基因工程手段，將人工分離和修飾過的基因導入生物體基因組中，通過外源基因的穩定遺傳和表達，達到品種創新和遺傳改良的目的。

該研究的通訊作者、中國科學院院士、華南農業大學教授劉耀光說，研究“蝦紅大米”和此前研究的胚乳富含花青素的“紫晶米”，主要是為了實證多基因疊加轉化技術和多基因疊加轉化載體系統的工作效率。

植物中重要的性狀和復雜的代謝產物的合成，通常需要多個基因共同作用，其基因工程操作常常需要用到多基因疊加轉化技術。由于現有的常規技術手段只能完成少數（通常1～3個）基因的操作。因此，在劉耀光看來，多基因組裝與轉化技術是目前基因工程研究的熱點與難點。

劉耀光表示，蝦青素的合成與調控涉及多個基因，常規基因工程技術操作，很難實現對其合成操作。為此，作為具體的研究實例，研究團隊利用TGS II系統，在水稻胚乳中重構了蝦青素的代謝途徑。研究結果證明，引入最少4種轉基因，能夠在水稻胚乳中從頭生物合成（de novo synthesis）蝦青素。

劉耀光介紹，幾乎所有的植物和動物自身均不能合成蝦青素。三文魚、蝦類等動物體內積累的蝦青素，來源于所攝取的含蝦青素藻類或加工飼料。加工飼料中添加的蝦青素由化學合成，其分子結構屬性與天然蝦青素不同，抗氧化活性較低。此外，除了價格因素，許多人群對蝦等海鮮過敏。而蝦青素米的創制成功，意味著一種新型的營養功能強化食品問世，未來或許可以豐富人們的膳食選擇，有利于促進人類健康。

作為類胡蘿卜素之一，β-胡蘿卜素在許多植物中含量較低，并且很難用化學方法合成，主要是通過生物合成方式完成。生物合成類胡蘿卜素生物有幾種不同的途徑，在真菌和植物細胞胞液/內質網上，是由乙酰輔酶A途徑合成的。

針對黃金大米給研究團隊的啟發，劉耀光向澎湃新聞記者解釋，黃金大米產生的是β-胡蘿卜素，這是角黃素和蝦青素合成途徑的前體物。也就是說，包括番茄紅素、β-胡蘿卜素、角黃素等，均為類胡蘿卜素生物合成過程的中間形態，目前研究發現蝦青素為類胡蘿卜素生物合成的終端形態。

研究團隊發現，在黃金米需要導入2個基因的基礎上，再多導入1個基因就可以產生角黃素，而再多導入2個基因就可以產生蝦青素。

蝦青素水稻的研制成功不僅產生了新型的營養功能強化食品，也證明水稻種子胚乳是一種理想的生物反應器，可以用基因工程技術生產有價值的營養物質和藥物。劉耀光向澎湃新聞記者表示，根據一些文獻報道，蝦青素的結構在高溫下可能發生一定程度的改變。蝦青素含量及抗氧化活性可以通過特定的方法和儀器測定，研究團隊目前正在按計劃開展對蝦青素米在蒸煮前后，蝦青素含量和抗氧化活性的檢測。與此同時，研究團隊還在開發含量更高的第二代蝦青素米，也考慮開發其他營養成分的水稻新種質。

與任何技術一樣，劉耀光表示，轉基因作為一種技術，本身是中性的。對每一種目標基因的轉基因產品的安全性，是按規定經過嚴格的科學實驗分析，確認其安全性后，才能獲得政府監管部門核發的安全證書。而目前由于國內尚未開放基因工程改良糧食作物的品種審定環節，意味著尚未開放這類作物的商業化種植。該研究僅為植物合成生物學和作物生物強化提供科學研究的范例，不涉及其他問題。