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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 制造富含賴氨酸及類胡蘿卜素的稻米
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 稻米是全球超過一半人口,特別是亞洲地區(qū)人口賴以生存的基本食糧，亦是很多依賴稻米為主食的發(fā)展中國家人口的主要蛋白質(zhì)來源。然而，它的營養(yǎng)并不平衡，缺乏某些人類必需氨基酸﹝Essential amino acid﹞，特別是賴氨酸﹝Lysine﹞。 賴氨酸是一種單胃動(dòng)物無法合成的氨基酸，故人類只能由食物攝取。它參與制造抗體、荷爾蒙和酵素，更有助制造膠原蛋白和修補(bǔ)細(xì)胞組織，所以對于維持人類發(fā)育及健康十分重要。由于稻米的蛋白質(zhì)營養(yǎng)不全，對以稻米為主要食糧的人的營養(yǎng)，有不良的影響。其中一種營養(yǎng)不良癥是夸休可爾癥，普遍認(rèn)為是由于蛋白質(zhì)攝入不足而導(dǎo)致。另外，在氣候干燥地區(qū)亦出現(xiàn)很多消瘦癥，這些都是嚴(yán)重的疾病。 另外，習(xí)慣上，人們在進(jìn)食稻米前都會(huì)先去掉含有較豐富營養(yǎng)素的谷殼，進(jìn)食精米，令部份養(yǎng)份大大流失。雖然精米含有大量淀粉質(zhì)和蛋白質(zhì)，但是缺乏其它對健康非常重要的營養(yǎng)素，其中之一就是維生素 A﹝Vitamin A﹞。維生素 A是一種油溶性化合物，有助身體正常運(yùn)作，如視覺及調(diào)節(jié)與加強(qiáng)免疫系統(tǒng)，對維持健康起重要的作用。跟賴氨酸相似，人體不能自行合成維生素 A，只能從食物中攝取：例如 肝，蛋及乳制品，亦可從植物中吸收維生素 A前體﹝類胡蘿卜素﹞。維生素 A缺乏是發(fā)展中國家正面對的健康問題之一；對視力、免疫反應(yīng)、骨骼發(fā)展和胚胎發(fā)育有不良影響。 過往研究發(fā)現(xiàn)高賴氨酸和高類胡蘿卜素含量的谷類食物分別能有效治療由缺乏均衡蛋白和維生素 A而引致的疾病。經(jīng)過長時(shí)間的研究，科學(xué)家掌握植物中賴氨酸代謝途徑和胡蘿卜素合成途徑及其中的關(guān)鍵酶；為提高水稻賴氨酸及類胡蘿卜素含量的相關(guān)研究奠下了基礎(chǔ)。
- 詳細(xì)介紹：
- 發(fā)明目的 稻米是全球超過一半人口賴以生存的基本食糧，對于依賴稻米為主食的發(fā)展中國家更是主要蛋白質(zhì)來源。然而，它的營養(yǎng)并不均衡，缺乏某些人類必需氨基酸﹝Essential amino acid﹞，特別是有助制造抗體、荷爾蒙和酵素的賴氨酸﹝Lysine﹞；加上人們在進(jìn)食稻米前都會(huì)先去掉含有不同營養(yǎng)素的谷殼，進(jìn)食精米，令部份營養(yǎng)流失，其中之一就是維生素 A﹝Vitamin A﹞。目前全球至少有26個(gè)國家正受維生素 A缺乏的威脅，每年約兩億兒童受影響。在第三世界國家，每年約有25至50萬營養(yǎng)不良兒童因此視力永久受損。單單是引致免疫系統(tǒng)受損，增加腸道及肺部受感染風(fēng)險(xiǎn)就足以令營養(yǎng)不良兒童死亡。有見及此，本項(xiàng)目致力透過生物技術(shù)，提升稻米賴氨酸及維生素 A含量。我們分別把稻米的天冬氨酸激酶(AK) 和二氫吡啶羧酸合酶(DHPS)基因誘變，令它們對反饋調(diào)控不敏感， 制造更多賴氨酸；另一方面把稻米八氫西紅柿紅素合酶(psy1) 基因表達(dá)在種子中， 提高類胡蘿卜素的含量。 發(fā)明的先進(jìn)性及創(chuàng)新特色 在提升賴氨酸含量方面，我們把反饋調(diào)控不敏感的天冬氨酸激酶 (AK) 和二氫吡啶羧酸合酶 (DHPS)在稻米中表達(dá)，結(jié)果顯示轉(zhuǎn)基因稻米的賴氨酸含量提升了17.46% - 83.72%。另一方面，我們把稻米八氫西紅柿紅素合酶表達(dá)在稻米中，有效地提高愈傷組織中類胡蘿卜素含量至每克轉(zhuǎn)基因稻米愈傷組織由328.34至4493.31微克不等。若以上研究成功，往后的研究將加入其它合成類胡蘿卜素的酶，把八氫西紅柿紅素轉(zhuǎn)化成類胡蘿卜素，再透過交配技術(shù)繁殖出具高賴氨酸及高類胡蘿卜素稻米。 由于以上研究勻以稻米本身的基因和酵素為研究對象，避免了將不同物種的基因混合的問題，減低大眾對基因改造食物的憂慮,增加市場認(rèn)受性。 應(yīng)用價(jià)值 有助提升稻米的營養(yǎng)價(jià)值，另外，有關(guān)技術(shù)亦可使用到其它谷物上。 推薦者評語 稻米為世界半數(shù)人口的主要食糧而第三世界人口必需補(bǔ)充賴氨酸及維生素 A以幫助制造抗體、荷爾蒙和酵素以增進(jìn)發(fā)育，以及避免夜盲癥和免疫系統(tǒng)受損。本作品提供一種提高轉(zhuǎn)基因稻米中賴氨酸及類胡蘿卜素含量的方法。這項(xiàng)目技術(shù)將富賴氨酸及類胡蘿卜素特性集于一體，對提高發(fā)展中國家國民之營養(yǎng)甚有裨益，我謹(jǐn)極力推薦這項(xiàng)作品參加挑戰(zhàn)杯。 ﹝中科院院士暨香港中文大學(xué) 黃乃正副校長﹞ 本作品關(guān)注發(fā)展中國家以稻米為主食的眾多人口，其營養(yǎng)及健康狀況的改善，故有較高的人道意義。技術(shù)水平高，以尖端生物技術(shù)達(dá)到效果，包括基因克隆、測序、構(gòu)建，修飾及轉(zhuǎn)基因水稻技術(shù)。適用范圍包括世界半數(shù)人口，應(yīng)用及推廣前景寬闊持久。 ﹝中國工程院院士暨香港中文大學(xué)辛世文研究講座教授﹞ 獎(jiǎng)勵(lì)和發(fā)表 作品中，提高稻米類胡蘿卜素含量部分，于2009年4月17日參加在香港中文大學(xué)舉辦的校長杯的比賽，獲得研究院組個(gè)人組優(yōu)異獎(jiǎng)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 稻米是全球超過一半人口的基本食糧，對于很多依賴稻米為主食的發(fā)展中國家更是主要蛋白質(zhì)來源。它的營養(yǎng)并不均衡，缺乏某些人類必需氨基酸﹝Essential amino acid﹞，特別是賴氨酸﹝Lysine﹞；加上人們在進(jìn)食稻米前都會(huì)先去掉含有不同營養(yǎng)素的谷殼，進(jìn)食精米，令部份營養(yǎng)大大流失，其中之一就是維生素 A﹝Vitamin A﹞。 賴氨酸是一種動(dòng)物無法合成的氨基酸，只能由食物中攝取。它能有助制造抗體、荷爾蒙和酵素。而維生素 A是一種油溶性化合物，人體只能從食物中攝取。由于稻米缺乏賴氨酸，故在發(fā)展中國家引致蛋白質(zhì)─能量營養(yǎng)不良的病例。另外，目前全球至少有26個(gè)國家正受維生素 A缺乏的威脅。在第三世界國家，每年約有25至50萬營養(yǎng)不良兒童因此視力永久受損。單單是引致免疫系統(tǒng)受損，增加腸道及肺部受感染風(fēng)險(xiǎn)就足以令營養(yǎng)不良兒童死亡。 本項(xiàng)目致力透過生物技術(shù)，提升稻米賴氨酸及維生素 A含量。我們把反饋調(diào)控不敏感的天冬氨酸激酶 (AK) 和二氫吡啶羧酸合酶 (DHPS) 表達(dá)在稻米中，結(jié)果顯示轉(zhuǎn)基因稻米的賴氨酸含量提升了17.46% - 83.72%。我們把稻米八氫西紅柿紅素合酶表達(dá)在稻米中，有效地提高愈傷組織中類胡蘿卜素含量至每克轉(zhuǎn)基因稻米愈傷組織由328.34至4493.31微克不等。研究將加入其它合成類胡蘿卜素的酶，再透過交配技術(shù)繁殖出同時(shí)具高賴氨酸及高類胡蘿卜素稻米。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 在提升賴氨酸含量方面，我們把反饋調(diào)控不敏感的天冬氨酸激酶 (AK) 和二氫吡啶羧酸合酶 (DHPS)在稻米中表達(dá)，結(jié)果顯示轉(zhuǎn)基因稻米的賴氨酸含量提升了17.46% - 83.72%。另一方面，我們把稻米八氫西紅柿紅素合酶表達(dá)在稻米中，有效地提高愈傷組織中類胡蘿卜素含量至每克轉(zhuǎn)基因稻米愈傷組織由328.34至4493.31微克不等。若以上研究成功，往后的研究將加入其它合成類胡蘿卜素的酶，把八氫西紅柿紅素轉(zhuǎn)化成類胡蘿卜素，再透過交配技術(shù)繁殖出具高賴氨酸及高類胡蘿卜素稻米。 由于以上研究勻以稻米本身的基因和酵素為研究對象，避免了將不同物種的基因混合的問題，減低大眾對基因改造食物的憂慮,增加市場認(rèn)受性。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 作品中，提高稻米類胡蘿卜素含量部分，于2009年4月17日參加在香港中文大學(xué)舉辦的校長杯的比賽，獲得研究院組個(gè)人組優(yōu)異獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 是次研究能有效地提高稻米賴氨酸含量，在本項(xiàng)目中使用的誘變基因及其用于改善谷物營養(yǎng)的用途將可申請專利。
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、圖片
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 目前還未有發(fā)現(xiàn)稻米存有對賴氨酸反饋不敏感的AK和DHPS，我們利用基因誘變方法令它們對反饋不敏感是創(chuàng)新的嘗試。另一方面，若是次研究成功，往后的研究會(huì)再加入其它合成類胡蘿卜素所需的酵素，把八氫西紅柿紅素轉(zhuǎn)化成類胡蘿卜素。此舉可避免不同物種的基因混合，減低大眾對基因改造食物的憂慮,增加市場認(rèn)受性。本研究項(xiàng)目透過控制不同的稻米基因，從而提升賴氨酸及類胡蘿卜含量，希望能減低營養(yǎng)失衡對物資匱乏的偏遠(yuǎn)地區(qū)的影響。
同類課題研究水平概述
- 稻米是全球超過一半人口賴以生存的基本食糧。然而，它的營養(yǎng)并不均衡，缺乏某些人類必需氨基酸﹝Essential amino acid﹞，特別是賴氨酸﹝Lysine﹞；加上人們在進(jìn)食稻米前都會(huì)先去掉含有不同營養(yǎng)素的谷殼，進(jìn)食精米，令部份營養(yǎng)大大流失，其中之一就是維生素 A前體﹝Provitamin A﹞或類胡蘿卜素。 賴氨酸是一種單胃動(dòng)物無法合成的氨基酸，故人類只能由食物中攝取。由于稻米的蛋白質(zhì)營養(yǎng)不全，引致以稻米為主要食糧的地區(qū)出現(xiàn)營養(yǎng)不良的病例。 維生素 A是一種油溶性化合物，有助身體正常運(yùn)作，如視覺及調(diào)節(jié)與加強(qiáng)免疫系統(tǒng)，固此對維持健康起了重要的作用。由于人體不能自行合成維生素 A，我們只能從食物中攝取?？墒?，在一些較偏遠(yuǎn)，物資匱乏的地區(qū)，維生素 A缺乏正是它們面對的健康問題之一。 科學(xué)家們經(jīng)過長時(shí)間的研究，從而得知植物中的賴氨酸代謝途徑及其關(guān)鍵酶。這為往后提高水稻賴氨酸含量的相關(guān)研究奠下了基礎(chǔ)。天冬氨酸激酶 (AK) 和二氫吡啶羧酸合酶 (DHPS) 是兩種參與賴氨酸合成途徑的關(guān)鍵酶。不過，這兩種酶的活性受制于賴氨酸的反饋調(diào)控。它們的序列與野生型相比，只有單堿基替代。遺憾的是，直到目前為止并沒有發(fā)現(xiàn)水稻有反饋調(diào)控不敏感的天冬氨酸激酶和二氫吡啶羧酸合酶自然突變體。 至于維生素 A方面，經(jīng)過長時(shí)間的研究，科學(xué)家致力了解植物中胡蘿卜素合成途徑及其中的關(guān)鍵酶。這為往后提高水稻類胡蘿卜素含量的相關(guān)研究奠下了基礎(chǔ)。類胡蘿卜素合成在植物中是一項(xiàng)非常普遍的生物化學(xué)反應(yīng)，目前已有相當(dāng)多的研究了解它在蕃茄、玉米、稻米，甚至細(xì)菌中的作用。類胡蘿卜素合成物與植物的顏色，氣味，以至葉綠素和植物生長激素的制造都有緊密的關(guān)系。當(dāng)中八氫西紅柿紅素合酶﹝phytoene synthase,psy﹞是類胡蘿卜素生物合成途徑中一個(gè)非常重要的酵素。它的主要作用是將兩個(gè)制造類胡蘿卜素的原材料，牻牛兒基牻牛兒基二磷酸分子﹝geranylgeranyl phosphate﹞聚合成一個(gè)八氫西紅柿紅素分子。八氫西紅柿紅素分子其后接受一系列的反應(yīng)，形成各種不同的胡蘿卜素化合物，例如茄紅素和類胡蘿卜素。在稻米基因組中，已知的八氫西紅柿紅素合酶共有三個(gè)，分別在不同的植物組織發(fā)揮作用，以達(dá)至不同的果效。近年來，科學(xué)家積極就維生素 A前體﹝類胡蘿卜素﹞的合成進(jìn)行研究。
