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广东省农科院水稻所利用代谢工程策略创制胚乳富含苦杏仁苷的“杏稻”（Almond Rice），实现药用生产与抗虫双重应用

花匠小妙招
2026-04-26 04:08

苦杏仁苷（amygdalin）是蔷薇科果仁中的天然存在的β-产氰糖苷，不仅具备止咳平喘、抗氧化、心脏保护等药用价值，还具有潜在抗肿瘤功效；其水解后释放的氢氰酸能有效驱避植食性害虫，是极具应用潜力的天然植物防虫剂。米象（Sitophilus oryzae）作为水稻主要仓储害虫，在发展中国家造成的水稻产量损失超20%，严重制约水稻产业发展。因此，实现苦杏仁苷的高效生物制造，并将其应用于药用提取与新型防虫剂研发，已成为医药与农业领域的研究热点。

近日，广东省农业科学院水稻研究所谭健韬副研究员、刘传光研究员团队联合华南农业大学祝钦泷教授在Plant Biotechnology Journal杂志在线发表了题为“Engineering of amygdalin biosynthesis in rice endosperm for pharmaceutical production and Sitophilus oryzaeresistance”的研究论文。该研究通过多基因代谢工程技术在水稻胚乳中重构苦杏仁苷生物合成途径，培育出兼具苦杏仁苷药用生产能力与抗米象特性的“杏稻”（Almond Rice），为作物多基因工程改良与生物制造的融合应用提供了成功范例。

研究团队通过水稻密码子优化合成了扁桃和日本杏来源的苦杏仁苷生物合成关键酶基因，包含多个细胞色素氧化酶和糖基转移酶基因，并利用胚乳特异性表达系统及2A肽介导的多顺反子策略，成功开发出胚乳富含苦杏仁苷的功能型水稻“杏稻”。分析表明，在籼稻南桂占背景的转基因水稻胚乳中，成功检测到苦杏仁苷及其中间产物扁桃腈和野樱苷；其中导入CCUU基因组合（包含扁桃来源的PdCYP79D16、PdCYP71AN24、PdUGT94AF3和PdUGT94AF3基因）的转基因株系苦杏仁苷平均含量最高，达14.54 μg·g–1；粳稻中花11背景的jCCUU株系，苦杏仁苷含量为13.17 μg·g–1。这一结果证实，不同来源的同工酶组合对苦杏仁苷合成效率影响显著，且其积累水平存在水稻基因型差异。研究还发现，扁桃腈的生物合成是苦杏仁苷生产的限速步骤，水稻内源糖基转移酶会干扰目标产物合成，且苦杏仁苷对高温不稳定（蒸煮后“杏稻”中含量骤降至0.01 μg·g–1以下），这些发现为后续优化合成效率、推进工业提取提供了关键理论依据。

抗虫性试验表明，“杏稻”具有良好的抗米象效果：米象对“杏稻”的取食偏好性显著降低；取食“杏稻”后，米象羽化率降至34%左右，显著低于野生型大米对照组（42.60%），且羽化后的成虫体型更小、体重更轻，生长发育受到显著抑制。进一步研究推测，这种抗虫性可能与苦杏仁苷抑制米象体内抗氧化酶活性相关。

基于以上研究结果，团队提出“杏稻”的双重应用模式：一方面，“杏稻”可作为高效生物反应器，用于苦杏仁苷的工业规模化提取，在严格监管下，有望替代传统中药材苦杏仁发挥药用功效，推动中药原料绿色生物制造产业发展；另一方面，“杏稻”可作为新型抗虫水稻种质资源及天然驱虫剂，减少化学农药使用，助力绿色农业高质量发展。有趣的是，近日Cell杂志接连发表了题为“Complete biosynthesis of nicotine”和“A phytoscreen identifies a garlic compound as a deterrent of mating and egg laying in Drosophilaand mosquitoes”的研究论文，其分别解析了生物碱尼古丁的完整生物合成途径，并将其导入番茄、茄子、豌豆等多种作物中，创制出抗斜纹夜蛾的豌豆新种质；解析了大蒜中二烯丙基二硫醚（diallyl disulfide）阻止蚊蝇交配和产卵的分子机理。上述研究结果为培育具有内源抗虫性的新型作物提供了全新的策略，在农业上具有很大的应用潜力。

图1苦杏仁苷大米Almond Rice的创制及其抗米象功能研究

广东省农科院水稻所陈可副研究员，华南农大柴楠博士、陈绍通博士为论文共同第一作者，水稻所谭健韬副研究员、刘传光研究员、华南农大祝钦泷教授为论文共同通讯作者。该研究获得了广东省农科院高水平建设专项、农科院高层次人才引进项目、水稻所优谷计划及广东水稻科学与技术重点实验室运行经费的资助。