近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所、西部農(nóng)業(yè)研究中心棉花分子遺傳改良創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)楊作仁研究員與中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所柳小慶研究員合作創(chuàng)制了生產(chǎn)蝦青素的工程棉花，為提高棉花附加值提供了新方向，對(duì)提高棉花綜合利用具有重要意義。相關(guān)研究成果發(fā)表在《植物生物技術(shù)雜志（Plant Biotechnology Journal）》上。
據(jù)文章通訊作者楊作仁研究員介紹，棉花作為全球最重要的天然纖維作物，其研究長(zhǎng)期聚焦于纖維品質(zhì)與產(chǎn)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(chǎn)物。研究表明這些副產(chǎn)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(dǎo)致資源利用率不足，植物合成生物學(xué)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(qiáng)抗氧化劑，目前已廣泛應(yīng)用于食品、飼料、制藥和化妝品領(lǐng)域。然而，由于微藻中天然蝦青素的產(chǎn)量有限，并且化學(xué)合成蝦青素的生物活性較低，而植物中因含有豐富的蝦青素合成前體，已被認(rèn)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(guò)跨物種引入萊茵衣藻來(lái)源的β-胡蘿卜素酮化酶CrBKT和雨生紅球藻來(lái)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(dòng)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(shí)現(xiàn)了棉花植株多組織同步合成蝦青素，標(biāo)志著棉花從“白色纖維經(jīng)濟(jì)”向“紅色生物工廠”的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，為推動(dòng)棉花從“單一產(chǎn)出”到“多功能高值化”雙收益體系開發(fā)開辟新途徑。同時(shí)，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(shù)路徑。
