水稻胚乳代谢工程合成茶氨酸培育功能强化型theaRice及其促进健康的机制研究

　　本研究通过代谢工程策略，将茶氨酸合成关键酶基因CsAlaDC-F2A-CsTS与反馈不敏感型OsAlaAT导入水稻胚乳，成功开发出茶氨酸含量达100μg·g-1 的theaRice。动物实验证实其可调节胆固醇代谢、增强免疫应答（IFN-α提升1.77倍）并优化肠道菌群，为功能性主粮开发提供新范式。

　　

茶氨酸（N-ethyl-γ-L-glutamine）作为茶叶特征性功能成分，具有舒缓神经和增强认知等健康功效，但其天然来源受限且传统生产方式成本高昂。水稻胚乳凭借稳定的表达系统和规模化生产优势，成为生物强化作物的理想平台。然而，现有研究多聚焦于营养组分改良，对功能代谢物生物合成及其健康效应的系统性探索仍属空白。

广东省农业科学院水稻研究所联合华南农业大学等团队在《Plant Communications》发表研究，通过多基因协同调控策略，首次实现茶氨酸在水稻胚乳的高效合成，并系统解析其促进动物健康的分子机制。研究采用Cre/loxP标记自消除载体，将茶氨酸合成途径关键酶基因CsAlaDC（丙氨酸脱羧酶）与CsTS（茶氨酸合成酶）通过F2A肽串联，结合胚乳特异性启动子PGluB4/PGluB1驱动反馈不敏感型OsAlaAT（丙氨酸转氨酶），构建DTA三元表达系统。通过HPLC检测发现转基因稻米茶氨酸含量达100μg·g^-1
，较仅表达CsAlaDC-CsTS的DT系提高110倍，同时伴随GABA（γ-氨基丁酸）含量显著增加。RNA-seq分析揭示转基因水稻碳代谢流重编程，糖酵解和谷氨酸-谷氨酰胺代谢通路关键基因OsAmy3D、OsGS1;3等显著上调。

以蓝胸鹌鹑为模型进行饲喂实验发现，theaRice摄入组（Thearf）表现出三大生物学效应：1）代谢调控方面，脾脏转录组显示胆固醇合成限速酶CsSQS、CsHMGCS1表达下调，而雌激素代谢酶CsHSD17B8上调86.5倍；2）免疫增强方面，血清IFN-α、IgM水平分别提升1.77倍和2.76倍，炎症相关通路基因CsIL-8显著变化；3）肠道健康方面，16S rRNA测序显示致病菌Helicobacteraceae丰度降低，有益菌Ruminococcaceae增加。这些发现通过ELISA和微生物组分析得到验证。

该研究创新性地将植物代谢工程与动物健康评价相结合，不仅建立了茶氨酸生物强化的技术体系（专利载体设计见Supplemental Table 1），更首次揭示了theaRice通过"代谢物-免疫-微生物"多维网络发挥健康效应的机制。相比已报道的CoQ₁₀
水稻和高油酸水稻，本研究为功能型主粮开发提供了从合成生物学设计到健康功效评价的完整研究范式。作者团队建议加强基因组编辑作物（如CoQ₁₀
水稻）与转基因作物（如theaRice）的标准化监管框架建设，以推动农业生物技术产业的可持续发展。