生物合成白藜芦醇的未去壳稻谷及其用图
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种在高浓度下生物合成白藜芦醇的转基因水稻，其中，多种白藜芦 醇合酶基因可表达地插入至天然水稻的第十二号染色体中，以及从该水稻生产的水稻种 子。进一步的，本发明涉及一种保健功能性食物组成、一种动物饲料组成和一种药物组成， 用于预防和改善代谢性疾病，并包括所述白藜芦醇强化转基因水稻生产的水稻种子，其中， 多种白藜芦醇合酶基因可表达地插入至天然水稻的第十二号染色体中。
【背景技术】
[0002] 近来在韩国，由于经济增长和西化的饮食，人们已增加了对食物中脂肪物质的摄 入，且由于缺乏锻炼等原因，一些代谢性疾病如肥胖症、糖尿病、高脂血症、高胆固醇血症和 动脉硬化正趋于增长。
[0003] 肥胖症通常是指一种身体脂肪过高的情况。对于男性来说，当身体脂肪占总重的 比例大于或等于25%的时候视为肥胖症，对于女性来说，当身体脂肪占总重的比例大于或 等于30%的时候视为肥胖症。肥胖症已被认为是导致许多与生活方式相关的疾病如糖尿 病、尚血压、尚脂血症等的一个直接或间接的原因。
[0004] 糖尿病是代谢性疾病的一种，病患的胰岛素分泌物是不足的、功能失调的等 (DeFronzo, 1988)。糖尿病的特征是高血糖，其涉及到一个高的血糖水平，且由于尿液中高 血糖和葡萄糖的排泄，是一种引起各种症状和体征的失调。近来，由于肥胖症尤其是腹部肥 胖症患率的增长，糖尿病的发生率一直在成倍地增加。
[0005] 如果这样的代谢性疾病没有得到正确治疗，伴随着的是各种异常症状。典型的，肾 脏病变、神经病变、血管失调所致的中风、肾脏或心脏疾病、糖尿病足溃疡和心血管疾病的 风险更高。这些并发症降低了生活质量，最终使患者的寿命变短。治疗这种代谢性疾病的 现有方法包括，改善生活方式（饮食疗法和运动疗法）和药物疗法等。然而，严格控制或执 行饮食疗法或运动疗法是困难的，且有治疗效果的局限性。因此，可以容易地应用于实际生 活中的用于治疗代谢性疾病等的食物的开发是非常必要的。
[0006] 与此同时，白藜芦醇，白藜芦醇合酶（RS)基因的一种产品，是植保素产品，是在应 对外部刺激如紫外线、致病细菌、创伤等造成的环境压力下产生的一种防御物质（Dereks 和Creasy，1989)，且是通过白藜芦醇合酶的催化活性，用一分子的香豆酰辅酶A和三分子 的丙二酸单酰辅酶A生物合成的（Rolfs和Kindl, 1984 ;Halton和Cornish, 1995)。
[0007] 尽管在多于约72种的植物如葡萄、桑树、花生和百合等中发现了白藜芦醇，但在 大多数的谷类作物如水稻、玉米、小麦等，水果和蔬菜中，它并非是生物合成的（Aggarwal 等，2004)。
[0008] 进一步的，除了以上所述的药理作用影响之外，白藜芦醇也被认为是一种激活 Sirt-Ι，一种与延长寿命有关的蛋白质，的物质。Sirt-I蛋白是通过其在低热量条件下被 NAD+激活后延长细胞的寿命而与延长寿命有关的蛋白质的一种。根据Konrad等人（2003)， 尽管Sirt-I蛋白仅在有限热量时被NAD+激活，但当向一个包括酵母菌的实验中添加白 藜芦醇时，Sirt-I蛋白，就像在低的热量条件下一样，被激活并使酵母菌的寿命平均增加 70%〇
[0009] 具有这样的生理学活性的白藜芦醇在超过72中植物中被合成，且总是在木本植 物如松树等中被合成。但是，在草本植物中，其作为一种应对外部压力如植保素活性伤口、 臭氧破坏、紫外线、病虫害感染等的自我防御物质而被生物合成。具有最高的白藜芦醇生物 合成的植物是葡萄和花生（Schroder等，1990)。
[0010] 红葡萄酒含有白藜芦醇，且对它的消耗与心血管疾病发病率呈负相关。这就是所 谓的法国悖论（Wu等，2001)并导致全球对红葡萄酒的关注。
[0011] 相应的，为了人为增加白藜芦醇的含量，已经进行了在收割期间对葡萄进行菌株 接种，或用超声波清洗或紫外线辐照对收获之后的葡萄和花生进行处理的研究。
[0012] 进一步的，研究已经进行了通过引入白藜芦醇合酶基因来开发用于生物合成白藜 芦醇的作物，该白藜芦醇合酶基因是通过生物工程学方法从葡萄和花生分离的。据报道，使 用葡萄的白藜芦醇合酶基因在转基因猕猴桃植物的叶子中生产出182 μ g/g的白藜芦醇苷 (白藜芦醇糖苷）（Kobayashi等，2000)，且在使用花生的白藜芦醇合酶基因的转基因烟草 悬浮培养细胞中生产出50ng/g的白藜芦醇（Hain等，1990)。
[0013] P. Stark-Lorenzen等人已报道了一种转基因水稻，其通过向水稻中引入源自葡萄 的芪（白藜芦醇）合酶基因而抵抗稻瘟病（Plant Cell R印orts(1997) 16 ;668-673)。
[0014] 更进一步的，本发明人已经公开了一种通过引入花生的常规白藜芦醇合酶基因至 水稻中而生产的水稻（韩国专利申请公开号10-2008-0012483)。然而，该研究仅仅证实了 白藜芦醇存在其中而未能提供任何改善代谢性疾病的证明性效果。
【发明内容】
[0015] 技术问题
[0016] 本发明人开发了一种转基因水稻，其通过将花生的白藜芦醇合酶基因插入天然水 稻的第十二号染色体中，用来高浓度地生物合成白藜芦醇，并且证实了与摄取同样量的白 藜芦醇相比，当从对应的水稻生产的白藜芦醇强化水稻被摄取时，其改善代谢性疾病的效 果更优，从而完成了本发明。
[0017] 技术手段
[0018] 本发明的一个目的是提供一种用于白藜芦醇生物合成的白藜芦醇强化水稻，其 中，白藜芦醇合酶基因被可表达地插入至天然水稻的第12号染色体中。
[0019] 本发明的另一个目的是提供本发明的水稻生产的水稻种子。
[0020] 本发明还有一个目的是提供一种预防和改善代谢性疾病的保健功能性食物组成， 其包括本发明所述的水稻种子。
[0021] 本发明还有一个目的是提供一种用于预防和改善代谢性疾病的动物饲料组成，其 包括本发明所述的水稻种子。
[0022] 本发明还有一个目的是提供一种用于预防和改善代谢性疾病的药物组成，其包括 本发明所述的水稻种子。
[0023] 技术效果
[0024] 本发明所述的转基因水稻，生产于插入白藜芦醇合酶基因的水稻，含有高浓度的 白藜芦醇，与简单的摄入相同量的白藜芦醇相比明显表现出更优的效果。此外，由于水稻的 生产形式是如食物一样直接被使用而无分离或提取白藜芦醇的附加工艺，它可以广泛用于 食物，饲料，和医疗用品，用于功能改善和预防代谢性疾病.
【附图说明】
[0025] 图Ia示出了一种水稻遗传转化载体PSB2220载体，其能够用白藜芦醇合酶基因遗 传转化未去壳稻谷（unhulled rice)。
[0026] 图Ib示出将与本发明所述的用于生物合成白藜芦醇的转化（transformed)水稻 中引入的T-DNA插入区域相邻的区域与在NCBI上公开的日本晴（Nipponbare)的序列数据 进行比较的分析结果，该日本晴是在序列上与本发明使用的东津稻（Dongjin rice)具有相 似性且具有完整的序列分析的粳稻。特别的，绿色表示的核苷酸序列是与水稻的插入区域 相邻的基因组序列，关于NCBI中公开的日本晴的序列，第一个T-DNA插入始于水稻（亚洲 型栽培稻（Oryza sativa))的第十二号染色体的第330872个碱基位，接着，第二个T-DNA 在相反的方向插入且插入终端始于第330907个碱基位。
[0027] 图2示出本发明的用于生物合成白藜芦醇的转化水稻生产的水稻在引入代谢性 疾病的动物模型中对血糖方面的作用。在该图中，CTL是指对照组，DJ是指东津稻，res是 指白藜芦醇，和GMO是指本发明的转化水稻。
[0028] 图3示出本发明的用于生物合成白藜芦醇的转化水稻生产的水稻在引入代谢性 疾病的动物模型中对血脂代谢的作用。该图中，CTL是指对照组，DJ是指东津稻，res是指 白藜芦醇，和GMO是指本发明的转化水稻。
[0029] 图4示出本发明的用于生物合成白藜芦醇的转化水稻生产的水稻在引入代谢性 疾病的动物模型中对体重变化和总脂肪量的作用。该图中，CTL是指对照组，DJ是指东津 稻，res是指白藜芦醇，和GMO是指本发明的转化水稻。进一步的，该图中，CT是指计算机断 层扫描，TF是指总脂肪，SF是指皮下脂肪，和VF是指内脏脂肪。
[0030] 图5示出本发明的用于生物合成白藜芦醇的转化水稻和对照转化水稻对引入代 谢性疾病的动物模型中血糖水平的作用。该图中，CTL是指对照组，DJ是指东津稻，res是 指白藜芦醇，GMO是指对照转化水稻，和HFD是指高脂肪饲料。
[0031] 图6示出本发明的用于生物合成白藜芦醇的转化水稻和对照转化水稻对引入代 谢性疾病的动物模型中血脂代谢特别是血液中的总胆固醇的作用。该图中，CTL是指对照 组，DJ是指东津稻，res是指白藜芦醇，GMO是指对照转化水稻，和HFD是指高脂肪饲料。
[0032] 图7示出本发明的用于生物合成白藜芦醇的转化水稻和对照转化水稻对引入代 谢性疾病的动物模型中血脂代谢特别是血液中的天然脂肪含量的作用。该图中，CTL是指对 照组，DJ是指东津稻，res是指白藜芦醇，GMO是指对照转化水稻，和HFD是指高脂肪饲料。
[0033] 图8示出本发明的用于生物合成白藜芦醇的转化水稻和对照转化水稻对引入代 谢性疾病的动物模型中血脂代谢特别是血液中的高密度脂蛋白含量的作用。该图中，CTL是 指对照组，DJ是指东津稻，res是指白藜芦醇，GMO是指对照转化水稻，和HFD是指高脂肪饲 料。
[0034] 图9示出本发明的用于生物合成白藜芦醇的转化水稻和对照转化水稻对引入代 谢性疾病的动物模型中血脂代谢特别是血液中的低密度脂蛋白含量的作用。该图中，CTL是 指对照组，DJ是指东津稻，res是指白藜芦醇，GMO是指对照转化水稻，和HFD是指高脂肪饲 料。
[0035] 图10示出本发明的用于生物合成白藜芦醇的转化水稻和对照转化水稻对引入代 谢性疾病的动物模型体重变化的作用。该图中，CTL是指对照组，DJ是指东津稻，res是指 白藜芦醇，GMO是指对照转化水稻，和HFD是指高脂肪饲料。
[0036] 图11示出本发明的用于生物合成白藜芦醇的转化水稻根据水稻的移植日期的抽 穗期（图Ila)和积温（图lib)
[0037] 图12示出本发明的用于生物合成白藜芦醇的转化水稻根据水稻的移植日期的水 稻产量和白藜芦醇含量。
[0038] 图13示出本发明白藜芦醇合成水稻根据生长环境特别是温度的增加（图13a)和 水稻的移植日期（图13b)的种子中白藜芦醇的含量。
【具体实施方式】
[0039] 实现本发明目的的一个方面，本发明提供了一种用于生物合成白藜芦醇的水稻， 其中，多个白藜芦醇合酶基因被可表达地插入天然水稻的第12号染色体中。
[0040] 本文所用的术语"水稻"指的是超过一半的世界人口的一个重要的食物资源，是指 尤其是在亚洲作为食用作物收获的农作物。它是指那些在稻属植物中作为农作物收获的植 物，且据了解，稻属包括20至30个野生种，这其中，亚洲型栽培稻（Oryza sativa)和非洲 型稻（Oryza glabemima)只不过是两个栽培品种。本发明中，水稻可以是天然水稻或转基 因水稻，优选东津稻，一个在韩国发育与分布的认证种子，或其转基因水稻。
[0041] 本文所用的术语"转基因"或"转化"是指通过突变如插入，删除，或替换的任一种 在DNA核苷酸序列中建立或去除某个特征，特别的，本发明中它是指通过外源DNA导致的遗 传性质的变化。这里所用的转化水稻或转基因水稻是指相比于通过转化生产的天然水稻， 在DNA核苷酸序列中发生突变的水稻，且包含由某个基因的插入或修饰的引入而产生的基 因重组，或通过基因重组技术的活性突变。
[0042] 本文所用的术语"白藜芦醇"是指具有强抗氧化性的多酚基物质，是当植物面临 不利条件如真菌或寄生虫时产生的，并且已知大量