棉花也有顏色了！科研人員用基因解析創(chuàng )制棉花紫化突變體

你能想象到的棉花是什么顏色?除了常規的白色，科研人員通過(guò)基因解析、調控，令棉花盛開(kāi)之時(shí)，也能呈現橙色、藍色等鮮亮色澤。

5月8日，記者從浙江理工大學(xué)獲悉，該校生命科學(xué)與醫藥學(xué)院孫玉強教授團隊通過(guò)基因工程創(chuàng )制一個(gè)棉花紫化突變體，解析了突變體GhOMT1基因的功能缺失調控花青素累積的內在機理，由此團隊通過(guò)雜交育種技術(shù)提高纖維中原花青素含量，開(kāi)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(xiàn)發(fā)表于國際期刊《植物生物技術(shù)雜志》。

從植株紫化“順藤摸瓜”

棉花是重要的經(jīng)濟作物，是紡織工業(yè)的主導原料。此前，天然彩色棉品種資源多屬于棕色和綠色系列，顏色單調、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。

“用傳統的遺傳育種手段無(wú)法解決目前彩色棉顏色單調的問(wèn)題。”孫玉強解釋道，挖掘彩色棉纖維色素物質(zhì)合成和調控的關(guān)鍵基因，闡明纖維色澤形成的機理，通過(guò)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(diǎn)。

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

通過(guò)分析花青素含量和成分發(fā)現，導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(wú)色花青素、有色花青素及中間產(chǎn)物，并且花青素的組成和含量也發(fā)生改變。

“突變體中花青素種類(lèi)主要有矢車(chē)菊素、飛燕草素和天竺葵色素三種羥基化花青素單體，其含量極顯著(zhù)增加，而另外三種植物中常見(jiàn)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(shuō)。

研究結果表明，在紫化突變體HS2中，類(lèi)黃酮代謝通路的中游核心類(lèi)黃酮-花青素途徑的關(guān)鍵酶基因表達量大幅上調，導致大量游離態(tài)花青素累積，呈現紫化性狀。

孫玉強解釋道，花青素甲基化步驟異?？赡芊答伝ㄇ嗨厣嫌位虮磉_，導致羥基化的天竺葵色素、矢車(chē)菊色素和飛燕草素及上游物質(zhì)的累積，從而整株呈現紫色突變。

明確棉花纖維“調色原料”

在之前的研究中，孫玉強團隊發(fā)現HS2突變體從莖、葉到花、鈴等器官都呈現紫色，唯獨纖維顏色沒(méi)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兩組通路表達水平比較低有關(guān)，導致纖維中原花青素累積不夠，所以棉花纖維仍然呈現白色。

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

經(jīng)過(guò)連續多代的選育，孫玉強團隊已經(jīng)獲得纖維色澤穩定、顏色顯著(zhù)改變的多個(gè)雜交組合，包括深棕色至咖啡色，綠色、軍綠色和深綠色，橙色，還有深淺不一的藍色。

在此研究基礎上，該研究團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上，通過(guò)遺傳操縱不同基因，改變花青素種類(lèi)、含量和比例。

孫玉強介紹道，比如“黃色系”對應天竺葵素，“紅色系”對應矢車(chē)菊色素，“藍色系”對應飛燕草色素，結合操縱GhANR和GhLAR改變PA的含量和種類(lèi)，或進(jìn)一步提高PA聚合度等，從而培育更多顏色的彩色棉。

彩色棉纖維成熟時(shí)天然具有顏色，可以無(wú)需印染直接紡紗成布，提供環(huán)保、健康、天然的產(chǎn)品，避免紡織品化學(xué)印染帶來(lái)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。彩色棉纖維因其花青素類(lèi)物質(zhì)含量較高，還具有較高的抗氧化性、抗菌性等優(yōu)點(diǎn)。

“團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，團隊正持續開(kāi)展彩色棉纖維改良實(shí)驗，推動(dòng)彩色棉應用于嬰幼兒衣物、玩具和醫用紗布等領(lǐng)域。(洪恒飛 張若嫻 科技日報記者 江耘)

免責聲明：本文不構成任何商業(yè)建議，投資有風(fēng)險，選擇需謹慎！本站發(fā)布的圖文一切為分享交流，傳播正能量，此文不保證數據的準確性，內容僅供參考

關(guān)鍵詞： 基因工程 棉花紫化突變體 基因解析 雜交育種技術(shù)