浙江理工大学团队开发培育彩色棉花新途径

来源：科技网2022-05-11 14336045

你能想象棉花是什么颜色？除了常规的白色，通过基因分析和调控，研究人员可以让棉花盛开出橙色和蓝色等鲜艳的颜色。

选育紫色突变体HS2、不同纤维颜色的彩色棉亲本及其杂交后代研究团队供图

张鸿飞若县科技日报记者姜云

你能想象棉花是什么颜色？除了常规的白色，通过基因分析和调控，研究人员可以让棉花盛开出橙色和蓝色等鲜艳的颜色。

记者从浙江理工大学获悉，该校生命科学与医学学院孙玉强教授团队通过基因工程手段，创造了一个紫棉突变体，分析了突变体GhOMT1基因功能缺失调控花青素积累的内在机制。因此，团队通过杂交育种技术提高了纤维中原花青素的含量，开辟了培育彩色棉花的新途径。相关研究论文近日在线发表在国际期刊《植物生物技术杂志》上。

顺着紫色植物的藤蔓走。

棉花是重要的经济作物，也是纺织工业的主要原料。此前天然彩棉品种多属于棕绿系列，颜色单调、色牢度和饱和度不足成为彩棉产业发展的瓶颈。

传统的遗传育种方法无法解决彩色棉颜色单调的问题。孙玉强解释说，挖掘彩色棉纤维色素合成与调控的关键基因，阐明纤维颜色形成的机理，通过基因工程获得各种颜色的彩色纤维，是棉纤维颜色改良的新方向和突破点。

自2010年以来，孙玉强的团队利用农杆菌介导的棉花转基因技术创造了棉花突变体。其中一个紫色突变株HS2从种子萌发到植株衰退都是紫色的，其茎、叶、芽等组织器官在整个生长期都是紫色的，遗传稳定。

通过分析花色苷的含量和组成，发现植物紫变的主要原因是HS2积累了大量的游离无色花色苷、有色花色苷和中间产物，花色苷的组成和含量也发生了变化。

突变花色苷中有三种羟基化花色苷单体，即矢车菊素、飞燕草素和天竺葵色素，其含量均有显著增加。而芍药苷、矮牵牛、锦葵等其他三种植物中常见的花青素单体几乎检测不到。孙玉强说。

结果表明，在紫色突变体HS2中，类黄酮代谢途径中游类黄酮-花色苷途径中关键酶的表达水平上调，导致大量游离花色苷积累，呈现紫色性状。

孙玉强解释说，花色素苷的异常甲基化步骤可能反馈了花色素苷的上游基因表达，导致羟基化的天竺葵色素、矢车菊色素、飞燕草素和上游物质的积累，从而整株呈现紫色突变。

澄清棉纤维调色原料

在之前的研究中，孙玉强团队发现，HS2突变体从茎叶到花、铃等器官都呈现紫色，但纤维颜色没有变化。

对此，他分析，这可能与突变体中原花青素合成的GhANR和GhLAR途径表达水平较低有关，导致纤维中原花青素积累不足，所以棉纤维仍然呈现白色。

那么，HS2突变体能否用于有色纤维的遗传改良，使纤维颜色加深甚至出现新的颜色呢？2012年以来，孙玉强团队利用紫色突变体HS2，分别与9个棕色棉和绿色棉品种进行回交，利用紫色性状、纤维颜色和分子标记，选育出稳定的杂交后代品系。

经过连续几代的育种，孙玉强的团队获得了一批纤维颜色稳定、颜色变化显著的杂交组合，包括暗褐色到褐色、绿色、军绿色和暗绿色、橙色以及深浅不一的蓝色。

在这项研究的基础上，研究小组提出了一种改进彩色棉纤维颜色分子的新策略：在提供大量

孙玉强介绍，比如黄色对应天竺葵，红色对应矢车菊色素，蓝色对应飞燕草色素。通过操纵GhANR和GhLAR来改变PA的含量和类型，或者进一步提高PA的聚合度，可以培育出更多的彩色棉。

彩色棉纤维成熟后自然着色，无需印染可直接纺成布，提供环保、健康、天然的产品，避免了纺织品化学印染对环境的污染和对人体健康的危害，是纺织工业绿色发展的重要物质基础。由于花色苷含量高，彩色棉纤维还具有很高的抗氧化和抗菌性能。

该团队在培育彩色棉花方面取得了重大突破，创造了大量彩色棉花种质资源和新品系。孙玉强说，团队正在继续开展彩棉纤维的改良实验，推动彩棉在婴幼儿服装、玩具、医用纱布等方面的应用。

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