玉米黃素（Zeaxanthin），亦稱(chēng)“玉米黃質(zhì)”、“玉米黃質(zhì)素”，是葉黃素類(lèi)脂溶性色素成分，為β-胡蘿卜素的二羥基衍生物。玉米黃素大量存在于綠色蔬菜、玉米種子、枸杞和酸漿果實(shí)等植物組織和一些非光合作用細(xì)菌中。大量研究表明，玉米黃素具有抗氧化、預(yù)防心血管疾病、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、減緩動(dòng)脈粥樣硬化等健康功效，和人類(lèi)健康密切相關(guān)。尤其是與葉黃素一起，通過(guò)過(guò)濾有害的藍(lán)光來(lái)保護(hù)人眼視網(wǎng)膜，從而延緩年齡相關(guān)性黃斑變性（AMD）的進(jìn)展，AMD是發(fā)達(dá)國(guó)家最普遍的致盲原因。盡管玉米黃質(zhì)具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，但在我們的飲食中，它比其他大量的類(lèi)胡蘿卜素要少。近二十年來(lái)，為了提高作物類(lèi)胡蘿卜素的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，人們采用了類(lèi)胡蘿卜素生物合成代謝工程。番茄果實(shí)中含有高濃度的番茄紅素，它是主要的類(lèi)胡蘿卜素色素，在成熟過(guò)程中由于合成增強(qiáng)、對(duì)環(huán)胡蘿卜素的代謝減弱和結(jié)晶形式的固存而積累。此前已有報(bào)道，人們?cè)噲D通過(guò)調(diào)控番茄紅素β-環(huán)化酶和β-胡蘿卜素羥化酶基因的表達(dá)來(lái)促進(jìn)番茄果實(shí)中葉黃素的積累。同時(shí)過(guò)表達(dá)胡蘿卜素β-羥化酶1（BCH1，CrtR-b1）和番茄紅素β-環(huán)化酶（LCYB）與僅過(guò)量表達(dá)LCYB轉(zhuǎn)基因相比，未導(dǎo)致成熟果實(shí)葉黃素含量顯著增加。

近日，以色列耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)的Uri Karniel研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際著名期刊Plant Biotechnology Journal發(fā)表論文“Development of zeaxanthin-rich tomato fruit through genetic manipulations of carotenoid biosynthesis”。

為了提高番茄果實(shí)中玉米黃質(zhì)的生物合成，作者采用了兩種遺傳途徑：轉(zhuǎn)基因代謝工程和經(jīng)典遺傳育種。通過(guò)經(jīng)典遺傳育種作者獲得了純合四突植株，類(lèi)胡蘿卜素組成顯示玉米黃質(zhì)的高水平積累，被命名為‘Xantomato。通過(guò)轉(zhuǎn)基因代謝工程作者進(jìn)一步提高β-胡蘿卜素，并指出了類(lèi)胡蘿卜素生物合成途徑與上游酶的過(guò)度表達(dá)有助于進(jìn)一步提高玉米黃質(zhì)的積累水平。

作者通過(guò)轉(zhuǎn)基因與非轉(zhuǎn)基因方法獲得高玉米黃質(zhì)番茄的比較，表明后者更為成功。這一結(jié)果表明，除了通過(guò)操縱特定基因進(jìn)行代謝工程外，玉米黃質(zhì)的積累還受到特定類(lèi)胡蘿卜素生物合成基因表達(dá)以外的其他因素的影響，如質(zhì)體分化、生色體和質(zhì)體超微結(jié)構(gòu)。在目前的市場(chǎng)形勢(shì)下，非轉(zhuǎn)基因玉米黃質(zhì)品系‘xantomoto比轉(zhuǎn)基因品系具有商業(yè)優(yōu)勢(shì)。然而，本研究中用于增加玉米黃質(zhì)積累的高色素突變，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育和逆境耐受都具有負(fù)的多效性，從而對(duì)產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響。在生長(zhǎng)不定的植物中，這種效應(yīng)的速率一直很難測(cè)量。然而，番茄果實(shí)中玉米黃質(zhì)含量為577μg.g-1dw，β-胡蘿卜素含量為529μg.g-1dw的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)可以克服這一不利的園藝效應(yīng)。