近日，中國農業(yè)科學院棉花研究所、西部農業(yè)研究中心棉花分子遺傳改良創(chuàng)新團隊研究員楊作仁與中國農業(yè)科學院生物技術研究所研究員柳小慶合作創(chuàng)制了生產蝦青素的工程棉花，為提高棉花附加值提供了新方向，對提高棉花綜合利用具有重要意義。相關研究成果發(fā)表在《植物生物技術雜志》（ Plant Biotechnology Journal ）上。
富含蝦青素的工程棉花（右）與普通棉花（左）。中國農科院棉花所供圖
據(jù)文章通訊作者楊作仁介紹，棉花作為全球最重要的天然纖維作物，其研究長期聚焦于纖維品質與產量提升。然而，纖維僅占棉花生物總量的20%，其余80%為棉籽、葉片、棉鈴等副產物。研究表明，這些副產品中含有豐富的萜類、黃酮和脂肪酸等高值功能組分，但因缺乏深度開發(fā)導致資源利用率不足。
植物合成生物學的發(fā)展為解決以上問題提供了新途徑。蝦青素作為自然界中的強抗氧化劑，目前已廣泛應用于食品、飼料、制藥和化妝品領域。然而，微藻中天然蝦青素的產量有限，而化學合成蝦青素的生物活性較低。由于植物中因含有豐富的蝦青素合成前體，已被認為是合成蝦青素的理想底盤。
該研究以棉花品種“中棉49”為受體材料，通過跨物種引入萊茵衣藻來源的β-胡蘿卜素酮化酶CrBKT和雨生紅球藻來源的β-胡蘿卜素羥化酶HpBHY編碼基因模塊，重建蝦青素合成通路，培育出工程棉花。
該棉花植株在幼苗期和成熟期的葉片、花器官、棉鈴、棉籽及棉籽油中均呈現(xiàn)蝦青素的特征性紅色，且不同組織中蝦青素積累呈現(xiàn)梯度分布：葉片含量最高（61.03mg/kg鮮重），棉鈴殼次之（7.03-9.28mg/kg鮮重），可用于開發(fā)動物飼料添加劑（替代人工色素）或抗氧化提取物；棉籽、棉籽油中蝦青素含量分別為823μg/kg、410μg/kg，可用于開發(fā)天然功能性保健食用油。
該研究實現(xiàn)了棉花植株多組織同步合成蝦青素，標志著棉花從“白色纖維經濟”向“紅色生物工廠”的戰(zhàn)略轉型，為推動棉花從“單一產出”到“多功能高值化”雙收益體系開發(fā)開辟新途徑。同時，在理論層面為開發(fā)新型功能型棉花提供了依據(jù)和技術路徑。
該研究獲得生物育種國家科技重大專項、新疆維吾爾自治區(qū)重大科技專項及中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項等項目資助。中國農科院生物所苗麗青博士和中棉所助理研究員徐雅夢為論文共同第一作者，中棉所助理研究員馬淑雅、柳小慶和楊作仁為通訊作者。
相關論文信息：https://doi.org/10.1111/pbi.70170
