近日，中国农业科学院棉花研究所棉花分子遗传改良创新团队杨作仁研究员与中国农业科学院生物技术研究所柳小庆团队合作创制了生产虾青素的工程棉花，为提高棉花附加值提供了新方向，对提高棉花综合利用具有重要意义。相关研究成果以“Developing high-value-added cotton via rebuilding astaxanthin biosynthesis pathway”为题发表在国际著名植物学期刊《植物生物技术杂志（Plant Biotechnology Journal）》（中科院一区TOP期刊，IF=11.2）上。

棉花作为全球最重要的天然纤维作物，其研究长期聚焦于纤维品质与产量提升。然而，纤维仅占棉花生物总量的20%，其余80%为棉籽、叶片、棉铃等副产物。研究表明这些副产品中含有丰富的萜类、黄酮和脂肪酸等高值功能组分，但因缺乏深度开发导致资源利用率不足，植物合成生物学的发展为解决以上问题提供了新途径。虾青素作为自然界中的强抗氧化剂，目前已广泛应用于食品、饲料、制药和化妆品领域。然而，由于微藻中天然虾青素的产量有限，并且化学合成虾青素的生物活性较低，而植物中因含有丰富的虾青素合成前体，已被认为是合成虾青素的理想底盘。

该研究以中棉49为受体材料，通过跨物种引入莱茵衣藻来源的β-胡萝卜素酮化酶CrBKT与雨生红球藻来源的β-胡萝卜素羟化酶HpBHY编码基因模块，重建虾青素合成通路，获得的转基因材料命名为“TY”。表型分析显示，TY植株在幼苗期和成熟期的叶片、花器官、棉铃、棉籽及棉籽油中均呈现特征性红色。通过检测分析发现，TY植株不同组织中虾青素积累呈现梯度分布：叶片含量最高达61.03 mg/kg鲜重，棉铃壳次之（7.03-9.28 mg/kg），可开发动物饲料添加剂（替代人工色素）或抗氧化提取物；棉籽及棉籽油中分别为823 μg/kg和410 μg/kg，可作为天然功能性食用油，为将棉籽油开发成为高端保健食用油奠定基础。该研究实现了棉花植株多组织同步合成虾青素，标志着棉花从“白色纤维经济”向“红色生物工厂”的战略转型，为推动农业从“单一产出”到“多功能高值化”双收益体系开发开辟新途径。同时，在理论层面为开发新型功能型棉花提供了依据和技术路径。

该研究获得生物育种国家科技重大专项（2024ZD0407704）、新疆维吾尔自治区重大科技专项（2024A02002）及中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（1610392020001）等项目资助。中国农科院生物所苗丽青博士和中棉所徐雅梦助理研究员为论文共同第一作者，中棉所马淑雅助理研究员、中国农科院生物所柳小庆研究员和中棉所杨作仁研究员为通讯作者。

原文链接：https://doi.org/10.1111/pbi.70170

开发高附加值工程棉花