世界觀點：用基因工程為棉花“涂”上五顏六色

誰說棉花只有白色？近日，記者從浙江理工大學(xué)獲悉，該校生命科學(xué)與醫(yī)藥學(xué)院孫玉強教授團(tuán)隊通過基因工程，創(chuàng)制了一個棉花紫化突變體，解析了該突變體GhOMT1基因的功能缺失調(diào)控花青素累積的內(nèi)在機理。由此，團(tuán)隊通過雜交育種技術(shù)提高纖維中原花青素(一種色素成分，在酸性介質(zhì)中加熱后可產(chǎn)生花青素)含量，開辟出培育多種顏色的彩色棉新途徑。相關(guān)研究論文近日在線發(fā)表于國際期刊《植物生物技術(shù)雜志》。

【資料圖】

從植株紫化“順藤摸瓜”

棉花是世界性的重要經(jīng)濟作物，是紡織工業(yè)的主導(dǎo)原料。此前，天然彩色棉品種資源多為棕色和綠色系列，顏色單調(diào)、色牢度及色飽和度不足成為限制彩色棉產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。

“用傳統(tǒng)的遺傳育種手段無法解決目前彩色棉顏色單調(diào)的問題。”孫玉強解釋道，挖掘彩色棉纖維色素物質(zhì)合成和調(diào)控的關(guān)鍵基因，闡明纖維色澤形成的機理，通過基因工程獲得多種顏色的彩色纖維，是棉花纖維色澤改良的新方向和突破點。

從2010年起，孫玉強團(tuán)隊就利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的棉花轉(zhuǎn)基因技術(shù)，創(chuàng)制棉花突變體，其中一個紫化突變株系HS2從種子萌發(fā)到植株衰亡，整個生育期莖、葉、蕾等組織器官都呈紫色，并穩(wěn)定遺傳。

通過分析花青素含量和成分發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致植株紫化突變的主要原因是HS2中積累了大量游離態(tài)無色花青素、有色花青素及中間產(chǎn)物，并且花青素的組成也發(fā)生了改變。

“紫化突變體HS2中的花青素種類主要有矢車菊素、飛燕草素和天竺葵色素3種羥基化花青素單體，其含量顯著增加，而另外3種植物中常見的花青素單體——芍藥素、矮牽牛素、錦葵素，幾乎檢測不到。”孫玉強說。

研究結(jié)果表明，在紫化突變體HS2中，類黃酮代謝通路中游核心——花青素途徑的關(guān)鍵酶基因表達(dá)量大幅上調(diào)，導(dǎo)致大量游離態(tài)花青素累積，呈現(xiàn)紫化性狀。

天然彩色棉新增亮眼色系

在之前的研究中，孫玉強團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)HS2突變體從莖、葉到花、鈴等器官都呈現(xiàn)紫色，唯獨纖維顏色沒有改變。

對此，他分析道，這可能與突變體中原花青素合成的GhANR和GhLAR兩組通路表達(dá)水平比較低有關(guān)，導(dǎo)致纖維中原花青素累積不夠，所以棉花纖維仍然呈現(xiàn)白色。

那么HS2突變體能否用于棉花彩色纖維的遺傳改良從而使纖維顏色加深甚至出現(xiàn)新的顏色呢？從2012年開始，孫玉強團(tuán)隊利用紫化突變體HS2分別與9個棕色棉和綠色棉的品種進(jìn)行正反交，并利用紫化性狀、纖維顏色結(jié)合分子標(biāo)記選擇穩(wěn)定的雜交后代株系。

經(jīng)過連續(xù)多代的選育，團(tuán)隊已經(jīng)獲得纖維色澤穩(wěn)定、顏色顯著改變的多個雜交組合，包括深棕色至咖啡色，綠色、軍綠色和深綠色，橙色，還有深淺不一的藍(lán)色。

在此研究基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊提出彩色棉纖維顏色分子改良的新策略：在HS2紫化突變體提供大量花青素合成的基礎(chǔ)上，通過遺傳操縱不同基因，改變花青素種類、含量，或進(jìn)一步提高原花青素的聚合度等，從而培育更多顏色的彩色棉。

通過上述步驟培育出的彩色棉天然具有顏色，可以無需印染直接紡紗成布，避免了紡織品化學(xué)印染帶來的環(huán)境污染和對人們健康的危害，是紡織產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。彩色棉纖維因其花青素類物質(zhì)含量較高，還具有較高的抗氧化性、抗菌性等優(yōu)點。

“團(tuán)隊在培育彩色棉方面取得重大突破，創(chuàng)制了大量的彩色棉種質(zhì)資源和新品系。”孫玉強表示，團(tuán)隊正持續(xù)開展彩色棉纖維改良實驗，推動彩色棉應(yīng)用于嬰幼兒衣物、玩具和醫(yī)用紗布等領(lǐng)域。

標(biāo)簽： 基因工程 天然彩色棉