光合生物参与光合作用的类胡萝卜素（如β-胡萝卜素、叶黄素和玉米黄素）为非酮式类胡萝卜素，是人体合成维生素A的唯一来源。一些单细胞绿藻在逆境下还能合成和积累酮式类胡萝卜素(ketocarotenoid),如虾青素(astaxanthin)。虾青素独特的分子结构和极强的抗氧化活性赋予它高效的抗辐射，抗衰老，抗肿瘤和预防心血管等疾病的功能。这使虾青素成为保健和美容等行业的新宠。然而天然虾青素的来源非常有限，人类一般通过食用海鲜（如虾、蟹和三文鱼）获得虾青素。微藻来源的虾青素生产成本高且难以突破其产量瓶颈而致其价格非常昂贵。发掘新的天然虾青素资源具有重大的意义。

植物细胞是加工合成虾青素的理想工厂。中国科学院昆明植物研究所黄俊潮研究组与香港大学/北京大学的陈峰教授合作，经过十余年的努力，已阐明了虾青素的代谢途径以及决定虾青素合成和积累效率的关键因素，并从绿藻中分离到能高效催化虾青素合成的关键酶基因（Huang et al.2012），克服了植物难以合成和积累高量虾青素的难题(Zhong et al.,2011)，首次实现了以番茄为细胞工厂高效生产虾青素的目标(Huang et al., 2013)，使利用经济作物产业化生产高价值天然虾青素成为可能。

该研究工作得到中国科学院昆明植物研究所“引进海外杰出人才”项目、云南省科技厅高端科技人才项目、云南省组织部高层次科技人才项目的资助。

Huang J.C, Zhong Y.J, Liu J，Sandmann G, Liu J and Chen F (2013) Metabolic engineering of tomato for high-yield production of astaxanthin. Metabolic Engineering. http://dx.doi.org/10.1016/j.ymben.2013.02.005.

Huang J.C, Zhong Y.J, Sandmann G, Liu J and Chen F (2012) Cloning and selection of carotenoid ketolase genes for the engineering of high-yield astaxanthin in plants. Planta 236:691-699.

Zhong Y-J, Huang J.C *, Liu J, Li Y, Jiang Y, Xu Z-F, Sandmann G, and Chen F (2011) Functional characterization of various algal carotenoid ketolases reveals that ketolating zeaxanthin efficiently is essential for high production of astaxanthin in transgenic Arabidopsis. Journal of Experimental Botany 62：3659-3669.

 

工程番茄第一代表型

(A) 用于转化的表达载体；

(B) 转化子的RT-PCR检测；对照和工程番茄植株（C左和C中和右），

花和果横切(D左和右) 和不同发育时期的对照果(E) 和工程果 (F).