合成生物学技术创制富含虾青素的工程棉花

近日，中国农业科学院棉花研究所、西部农业研究中心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研究员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。相关研究成果发表在《植物生物技术杂志（Plant Biotechnology Journal）》上。

据文章通讯作者杨作仁研究员介绍，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。

该研究以棉花品种“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和雨生红球藻来源的β-胡萝卜素羟化酶HpBHY编码基因模块，重建虾青素合成通路，培育出工程棉花。该棉花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虾青素的特征性红色，且不同组织中虾青素积累呈现梯度分布：叶片含量最高（61.03mg/kg鲜重），棉铃壳次之（7.03-9.28mg/kg鲜重），可用于开发动物饲料添加剂（替代人工色素）或抗氧化提取物；棉籽、棉籽油中虾青素含量分别为823μg/kg、410μg/kg，可用于开发天然功能性保健食用油。

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，为推动棉花从“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。

作者：农民日报·中国农网记者 李丽颖