澳大利亚科学家利用基因工程技术培育出天然粉红色棉花

棉花是重要的天然纺织原材料，而我们生活中见到的大多是白色的，之后经过人工染色形成形形色色的商品。然而，大量释放到环境中的纺织品染色合成染料正在危害人类和其他生物的健康。因此，迫切需要环保替代品来减少污染和节约用水，而培育天然的彩色棉品种成为育种家的首选解决方案。天然的有色棉5000 多年前首次被发现，并且存在于所有四种栽培棉花中，但有色棉品种大都存在产量低，纤维质量差，颜色多变且不稳定的致命缺陷。

近日，澳大利亚联邦科学与工业研究组织农业与食品部 (CSIRO, agriculture and food)的Filomena Pettolino团队在国际知名期刊Plant Biotechnology Journal上在线发表题为“‘Pink cotton candy’—A new dye-free cotton”的论文，通过在棉花中同时超表达甜菜红素合成途径的多个基因，培育出了在纤维发育的最后阶段一直保持粉红色新型棉花材料。

甜菜红素是一种酪氨酸衍生色素，天然存在于开花植物的石竹目、真菌和细菌中。甜菜红素包括两类化合物，即黄橙色甜菜红素和红紫色甜菜花青素。这些化合物是通过一系列酶促步骤合成的，包括产生可见颜色的羟化酶、双加氧酶和葡糖基转移酶。作者选取甜菜红素合成途径的BvDODA1 (Beta vulgaris, GeneBank ID HQ656027.1)，BvCYP76AD1 (HQ656023.1)和MjcDOPA5GT (Mirabilis jalapa, AB182643.1) 基因进行载体构建。上述甜菜红素基因由 2×35 S 组成型启动子或 ltp3/8K12 (LTP) 中晚期棉花纤维特异性启动子驱动。农杆菌菌株AGL1用于侵染Coker 315-11进行遗传转化。

在纤维特异启动子的作用下，甜菜红色素在纤维中生成，并产生明显的粉红色纤维，植株本身的绿色或部分紫色的，且0DPA时的花与野生型对照相似。而组成型35s启动子超表达植株有着紫色的叶片、茎、棉铃和苞片，0DPA时花也是粉红色的，但在随后的整个发育过程中产生类似于野生型的白色纤维。

虽然纤维特异启动子超表达植株在纤维发育过程中甜菜红素有着大量的积累，但在棉铃成熟的最后几天，当棉铃干燥裂开时，纤维颜色褪色为浅棕色/粉红色，表明位于液泡的甜菜红蛋白在最后的成熟阶段可能被降解掉。但在10、15、20、25、30、40、50 和 60 DPA 左右收集的棉铃，将棉壳切开或完全去除，然后冷冻干燥 48 小时，粉红色能够保留。

随后的纤维质量测量表明纤维特异启动子超表达植株呈现与野生型相似的成熟度比和细度，但与野生型相比，T 0的种子数和纤维产量较低。作者认为高世代株系中可能会获得产量与野生型相当且具纤维中有色素积累的棉花。其次，也可作为父母本与其他颜色的有色棉进行杂交而获得新的颜色的有色棉。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.13990

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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