誰說棉花只有白色?近日，記者從浙江理工大學獲悉，該校生命科學與醫藥學院孫玉強教授團隊通過基因工程，創制了一個棉花紫化突變體，解析了該突變體GhOMT1基因的功能缺失調控花青素累積的內在機理。由此，團隊通過雜交育種技術提高纖維中原花青素(一種色素成分，在酸性介質中加熱后可產生花青素)含量，開辟出培育多種顏色的彩色棉新途徑。相關研究論文近日在線發表于國際期刊《植物生物技術雜志》。
從植株紫化“順藤摸瓜”
棉花是世界性的重要經濟作物，是紡織工業的主導原料。此前，天然彩色棉品種資源多為棕色和綠色系列，顏色單調、色牢度及色飽和度不足成為限制彩色棉產業發展的瓶頸。
“用傳統的遺傳育種手段無法解決目前彩色棉顏色單調的問題。”孫玉強解釋道，挖掘彩色棉纖維色素物質合成和調控的關鍵基因，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，孫玉強團隊就利用農桿菌介導的棉花轉基因技術，創制棉花突變體，其中一個紫化突變株系HS2從種子萌發到植株衰亡，整個生育期莖、葉、蕾等組織器官都呈紫色，并穩定遺傳。
通過分析花青素含量和成分發現，導致植株紫化突變的主要原因是HS2中積累了大量游離態無色花青素、有色花青素及中間產物，并且花青素的組成也發生了改變。
“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——花青素途徑的關鍵酶基因表達量大幅上調，導致大量游離態花青素累積，呈現紫化性狀。
天然彩色棉新增亮眼色系
在之前的研究中，孫玉強團隊發現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，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突變體能否用于棉花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年開始，孫玉強團隊利用紫化突變體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。
經過連續多代的選育，團隊已經獲得纖維色澤穩定、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，還有深淺不一的藍色。
在此研究基礎上，該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，通過遺傳操縱不同基因，改變花青素種類、含量，或進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，避免了紡織品化學印染帶來的環境污染和對人們健康的危害，是紡織產業綠色發展重要的物質基礎。彩色棉纖維因其花青素類物質含量較高，還具有較高的抗氧化性、抗菌性等優點。
“團隊在培育彩色棉方面取得重大突破，創制了大量的彩色棉種質資源和新品系。”孫玉強表示，團隊正持續開展彩色棉纖維改良實驗，推動彩色棉應用于嬰幼兒衣物、玩具和醫用紗布等領域。
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