從華中農業大學獲悉，該校棉花遺傳改良團隊在國際植物學雜志《植物生理學》上刊發論文稱，他們解析了一個海島棉和陸地棉種間雜交獲得的紅色植株突變體的遺傳機制，并利用纖維特異啟動子將目標基因在纖維中特異表達，獲得棕色纖維棉花。這項研究通過賦能普通基因發揮特殊功能，開辟出一種創造彩色棉花的新途徑。
找到棉花由白變棕主因
“目前，天然彩色棉以棕色和綠色為主，拓展新的彩色棉種質資源是培育彩色棉新品種亟待解決的問題。”華中農業大學作物遺傳改良團隊林忠旭教授說。
為此，在實驗室前期研究中，該團隊在海島棉3-79與陸地棉E22雜交后代中發現了一個紅株突變體。突變體全株呈現紫紅色，但成熟纖維依舊保持正常白色。經過9代連續自交后，得到純合突變體(ReS9)。
團隊利用ReS9與E22構建含1899株F2(雜交二代)隱性單株的群體，通過圖位克隆，將目標鎖定在D亞基因組的第7號染色體上(D07)，以尋找與棉花顏色有關的目標基因。通過代謝路徑分析、表達量檢測與TA克隆，最終確定目標基因為MYB113類的轉錄因子，并將其命名為Re。
套袋實驗證明，突變體中Re的表達受自然光的誘導。利用突變體、35S啟動子超表達系以及纖維特異表達系在自然光和溫室兩種條件下的轉錄組數據，團隊構建了陸地棉中參與色素代謝的核心基因集，并初步構建Re參與的色素代謝網絡。
通過纖維特異表達啟動子GbEXPA2的驅動，團隊成功獲得植株為正常綠色而發育中纖維呈紫紅色的轉化系。隨著纖維發育，紫紅色逐漸變淺，最終成熟纖維呈現出不同程度深淺的棕色。
通過檢測纖維中花青素的含量，研究人員發現，Re可以直接調節類黃酮代謝路徑下游ANS和UFGT的表達，從而影響原花色素(PA)與花青素積累，而PA的大量積累是成熟纖維呈棕色的主要原因。
彩色棉花未來可期
棉花是最主要的天然纖維原料，而彩色棉又稱天然彩色細絨棉，是纖維與色素結合體。
團隊成員汪念博士說，上述實驗結果為彩色棉研究提供了新思路，為創制更多顏色的棉花纖維奠定了基礎。如何保持花青素在纖維中穩定積累，以及協調PA等其他代謝物的積累，可能是創制彩色纖維棉花的突破口。
汪念介紹，團隊與石河子農業科學研究院開展合作，將棕色棉種質資源進行育種，獲得的“新彩棉28”和“石彩17”兩個品種已審定完成，另外2個品種在等待頒發品種證書。
彩色棉是采用雜交以及現代生物工程技術培育出的一種在吐絮時就具有綠色、棕色等天然色彩的棉花。其用于紡織，可免去繁雜印染工序，不僅能降低生產成本，還能保證零污染。此外，彩色棉還具有較高的抗菌性、抗氧化性、抗紫外線性能等優點。
與人工染色棉制品相比，天然彩色棉制品有利于人體健康，對皮膚無刺激，符合環保要求，透氣性能、吸汗效果也更佳。業內人士預測，未來，在現有的棕色、綠色彩色棉基礎上，藍色、紫色、灰紅色、褐色等彩色棉品種也將逐步被開發出來。
目前，團隊正在繼續開展棕色棉色素形成機理研究，通過連鎖作圖和關聯分析揭示棕色棉的遺傳基礎，確定控制棕色棉形成的關鍵基因，發現WD40蛋白可能是影響棕色棉著色深淺的重要因素。
團隊還將探究不同深淺棕色的精細調控模式，以便形成不同色度的棕色棉花，滿足紡織業對不同原料的需求。同時，團隊利用分子標記鑒定到棕色棉中存在一個與纖維品質密切相關的染色體倒位事件，以倒位事件為引線，探究色素合成與積累對纖維品質的影響，可解決產量、品質與色澤的負相關矛盾，實現對彩色棉產量、品質和色澤等的改良。
“我們也在研究綠色棉花的形成機制，努力創制新的綠色纖維棉種資源。”林忠旭說，他們將發掘更多的色澤基因，并借助轉錄激活系統及纖維特異啟動子將多個色澤基因串聯表達，嘗試培育其他顏色的棉花。(吳純新 蔣朝常)
