当你品尝三文鱼和虾蟹等美味海鲜及观赏火烈鸟时，是否注意到那诱人的红色，实际上是一种与生物健康关系密切的类胡萝卜素——虾青素。

什么是虾青素

　　虾青素具备极为出色的抗氧化能力，是维生素E的7000倍，因此虾青素又被称为超级维生素E。且体内外试验结果表明，虾青素对癌症、高血压、糖尿病、心血管疾病、胃肠道疾病、肝脏疾病、神经退行性疾病和皮肤病等有潜在的积极影响。因此，虾青素作为一种营养补充剂广泛应用于食品、饲料、保健品、药品和化妆品等领域。

　　能天然合成虾青素的生物只有一些海洋藻类、细菌、酵母和唯一的高等植物——夏侧金盏花，像三文鱼这样的海产品只能通过食物链储存虾青素。以雨生红球藻为代表的多种海藻通过基因工程改造，已经实现了管道规模化培养，藻源的虾青素已经成为天然虾青素最主要的来源。

虾青素的“登陆”之旅

　　由于抗氧化能力非常出色，我国也在食品和饲料添加剂中广泛使用虾青素。但天然虾青素的供应受限于雨生红球藻提取存在技术门槛高、产量低以及总体成本过高的问题，因此，科研人员开始研究以植物为底盘进行虾青素的生物合成。

　　虾青素的合成代谢途径实际上将β-胡萝卜素进一步加工转化，这里涉及两个重要的酶蛋白——β-胡萝卜素羟化酶、酮化酶。国外科研人员率先在模式植物烟草中进行了成功尝试，我国科研人员后来居上，又对番茄进行尝试。但这两种模式依然不能大规模商业化应用。

　　在此背景下，主粮作物作为虾青素基因工程的“底盘植物”（在合成生物学中作为宿主的植物，用于基因工程和代谢工程等研究）应运而生，为虾青素规模化生产提供了新方向。

大米中的尝试

　　由于白色大米缺乏虾青素合成的前体物质——β-胡萝卜素，华南农业大学研究水稻的刘耀光院士团队在水稻里进行了尝试，将白色大米转变成了富含β-胡萝卜素的“黄金大米”和富含虾青素的“赤晶米”，每1000克赤晶米含16毫克虾青素。

玉米中再增效

　　玉米本身就富含β-胡萝卜素，并且还是我国第一大粮食作物，若以玉米为底盘高效生产虾青素，那么虾青素玉米可以直接用于蛋禽和宠物饲料。

　　因此，我们实验室采用“源-库-流”的虾青素合成代谢途径全域调控新策略。通过增加番茄红素的合成，并使用RNAi技术（RNA干扰技术）引导番茄红素向β-胡萝卜素的转化，使用种子特异性双向启动子驱动β-胡萝卜素羟化酶基因和β-胡萝卜素酮化酶基因在玉米籽粒里将类胡萝卜素合成途径延伸至虾青素合成，创制的高虾青素玉米种质含量达到47.76毫克/千克～111.82毫克/千克干重，是已有虾青素基因工程谷物中的6倍。

　　虾青素玉米饲喂蛋鸡后，所产鸡蛋蛋黄中可积累12.10毫克/千克～14.15毫克/千克虾青素，每枚鸡蛋虾青素含量约为540微克，可满足人体日常抗氧化保健需求。

棉花：多用途“生物工厂”

　　棉花是全球最重要的天然纤维作物，然而纤维仅占棉花生物总量的20%，其余80%为棉籽、叶片、棉铃、茎秆等副产物，但副产物开发不足，易造成资源浪费。

　　我们借鉴玉米的成功经验，引入酮化酶CrBKT和羟化酶HpBHY两个外源基因，在现代棉花品种“中棉49”中成功重构虾青素合成途径。获得的转基因棉花在多组织中积累橙红色虾青素，其中叶片含量最高达61.03毫克/千克。这一技术真正让棉花实现了从单纯纤维作物到多用途“生物工厂”的转变，大幅提升了棉花产品的附加值，有利于促进农业增效、农民增收。

　　由于加工番茄亩产可以达到20吨左右，而且可以机械收获，因此在加工番茄中重构虾青素合成代谢途径是我们正在攻克的课题之一。

　　从雨生红球藻的孕育到各种跨越海洋的提取策略均对建立高产低成本、生物活性高、易操作的虾青素生产体系具有重要意义。以各种植物为底盘的虾青素基因工程策略，正为填补我国天然虾青素需求缺口开辟新途径。