“黄金水稻”是大家比较了解的转基因水稻之一，因其具有预防维生素A缺乏而导致的夜盲症的潜在作用而被大家所熟知。而维生素A缺乏（简称VAD）是一种慢性疾病，症状轻会导致眼部干燥，症状严重会导致失明。据WHO的调查（http://www.harvestplus.org/vita.html），全球约有1.27亿学龄儿童存在维生素A缺乏的问题。最初培育黄金水稻的Ingo Potrykus教授也备受关注，他本人也因此登上了美国《时代》杂志的封面，并标注了 “This Rice Could Save A Million Kids A Year。

黄金水稻最初由Ingo Potrykus教授课题组培育成功，他们在水稻中转入了β-胡萝卜素合成途径相关基因，其中包括来自黄水仙中的八氢番茄红素合成酶基因（phytoene synthase，psy）和噬夏孢欧文氏菌胡萝卜素脱氢酶基因（carotene desaturase，crtI），故转基因水稻胚乳中可产生一定量的β-胡萝卜素而使其胚乳呈现金黄色，故名“黄金水稻”。相关结果在2003年发表在Science期刊上（Engineering the Provitamin A (β-Carotene) Biosynthetic Pathway into (Carotenoid-Free) Rice Endosperm），但转基因水稻中的β-胡萝卜素含量还相对较低，只有2 μg/g左右，该水稻也被称为第一代“黄金水稻”。 为提高黄金水稻中的β-胡萝卜素含量，Syngenta公司研究人员在玉米中找到了功效更强psy基因，重新和来自噬夏孢欧文氏菌的crtI基因共同转化水稻，培育出了β-胡萝卜素含量达到37 μg/g的转基因水稻，和第一代黄金水稻相比增长了23倍之多，这也被称之为第二代“黄金水稻”。相关研究结果在2005年发表在Nature Biotechnology期刊上（Improving the nutritional value of Golden Rice through increased pro-vitamin A content）。

在此基础上，刘耀光院士课题组在“黄金水稻”的基础上有向前走了一大步，通过在水稻中转入虾青素代谢途径中相关基因，从而得到了可以生产虾青素的水稻，相关研究结果发表在Molecular Plant（From Golden Rice to aSTARice: bioengineering astaxanthin biosynthesis in rice endosperm）。虾青素为萜烯类不饱和化合物，其化学名称为3,3′-二羟基-4,4 ′-二酮基-β,β′-胡萝卜素，相关研究表明：虾青素具有多种生理功效，如具有很强的抗氧化性，其抗氧化活性比维生素E强很多倍；同时，虾青素在增强免疫力、改善视力等方面都有一定效果。该研究通过基因工程手段将来自玉米的phytoene synthase（八氢番茄红素合成酶，psy），噬夏孢欧文菌（Pantoea ananatis，formerly named Erwinia uredovora）的phytoene desaturase（八氢番茄红素脱氢酶，CrtI），衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）的 β-carotene ketolase（β-胡萝卜素酮化酶基因，BKT）和雨生红球藻（Haematococcus pluvialis）的β-carotene hydroxylase （β-胡萝卜素羟化酶基因，BHY）转化水稻，得到了胚乳中富含β-胡萝卜素黄金大米（Golden Rice, GR；双基因，sZmPSY1 and sPaCrtI）、橙红色的角黄素大米（Canthaxanthin Rice，CR；三基因，sZmPSY1, sPaCrtI and sCrBKT）和虾青素大米（Astaxanthin Rice，AR；四基因，sZmPSY1, sPaCrtI, sCrBKT and sHpBHY）。本研究实现了在水稻胚乳中虾青素的从头合成，为植物代谢工程和合成生物学提供了新的策略。

（第一代和第二代“黄金水稻”具体细节可阅读Science（http://science.sciencemag.org/content/sci/287/5451/303.full.pdf）和Nature Biotechnology期刊（https://www.nature.com/articles/nbt1082）原文，“虾青素”水稻具体细节可阅读Molecular Plant期刊原文（https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674205218303022），本博文只针对科学问题）。