中文摘要：

传统育种法和常规基因工程手段难以在水稻胚乳中同时表达合成花色素苷所需的多个基因，因此迄今未发现胚乳含花色素苷的有色稻米。利用申请者已建立的新型多基因组装转化载体系统，构建用不同胚乳特异启动子控制的花色素苷合成的多个关键基因的多基因Marker Free表达载体系统，把控制花色素苷合成的8个结构基因、多组调节基因和4个结构基因加2个调节基因，分别进行水稻胚乳瞬时表达，并选取3～4个产生花色素苷效果较好的基因组合，分别转入白色和紫色种皮糯稻，通过对转基因水稻的分子检测、遗传分析和种子化学成分分析，有望获得纯合的无筛选标记、胚乳花色素苷含量高和遗传稳定的有色稻米新种质资源。项目的完成将建立复杂的生物合成途径和多基因调控的农艺性状的遗传操作系统，具有重要的理论和实际意义。

结论摘要：

花色素苷是植物颜色形成的主要物质，同时也是一种重要的生物活性物质，对人体健康具有十分重要的作用。在水稻中，由于控制花色素苷生物合成的多个基因存在功能缺失或在种子中不表达，因此自然界中绝大多数稻米都是白色的（种皮和胚乳均不含花色素苷）。少数有色米如紫米，其色素也主要分布于种皮中，其胚乳仍是无色的（不含花色素苷），并且当经过辗米成为精米后，有色种皮已被去除，所含的花色素苷不能被利用。传统育种法和常规基因工程手段难以在水稻胚乳中同时积累表达合成花色素苷所需的多个基因，因此迄今未发现胚乳含花色素苷的有色稻米。为了实现在胚乳中人工合成花色素苷的目标，我们建立并完善胚乳特异启动子控制的多基因Marker Free载体系统（使用8个不同的胚乳特异启动子和能自动删除标记基因的Marker Free元件）。利用该系统，构建完成了用不同胚乳特异启动子控制的花色素苷合成的多个关键基因的多基因表达载体: pYLTAC380-FCD3PCF’A （含8个关键结构基因SsPAL1，SsCHS, SsCHI, SsF3H, SsF3’H, SsDFR, SsANS和Ss3GT）, pYLTAC380MF-PLF’’(含2个调节基因ZmPl, ZmLc,和1个结构基因SsF3’5’H), pYLTAC380MF-MbF’’ (含2个调节基因SsMYBA7, SsbHLH1和1个结构基因SsF3’5’H), pYLTAC380MF-PLFCDAF’C（含2个调节基因ZmPl, ZmLc,和6个关键结构基因SsCHS, SsCHI, SsF3H, SsF3’H, SsDFR和SsANS）。用农杆菌介导的方法，把上述4个多基因载体分别转化入正常的白米粳稻品种中花11（ZH11）中, 最终只在含8个基因（6个结构基因+2个调节基因）的pYLTAC380MF-PLFCDAF’C的转基因植株中，获得了种皮颜色正常，而胚乳特异积累大量花色素苷的紫色胚乳稻米新种质资源。就目前所知的而言，这是世界上首例在水稻胚乳中成功实现花色素苷的合成。该项目的完成对于运用多基因载体系统操作涉及多个基因的复杂代谢过程提供了成功范例，对于建立复杂的生物合成途径和多基因调控的优良农艺性状的基因工程操作，具有十分重要的理论和实际意义。