衣食住行衣为首，丰衣足食棉当先。棉花在全球人民的生活保障和经济发展中都发挥着至关重要的作用。纤维作为棉花的主产品，是人们生活必需品的重要纺织原料。目前种植的棉花主要产生白色纤维，纺织加工过程中需要大量化学染料进行染色处理来满足人们对色彩的需求，化学染料的使用往往伴随着环境污染和危害人类健康。天然彩色棉花可以直接纺纱成衣，无需化学印染，纯天然，符合大众对健康和环保的要求。但现有的彩色棉纤维品质较差，限制了彩色棉产品的开发；颜色种类相对单一（只有棕色和绿色），难以满足人们丰富多彩的生活需求。色素积累是植物拥有五颜六色的基础，植物中主要的色素是花青素和甜菜红素，利用合成生物学手段结合转基因遗传改良技术改变棉纤维中花青素、原花青素等色素含量或者在棉纤维中富集甜菜红素是创制新型高品质彩色纤维棉花的有效途径。近日，中国农业科学院棉花研究所李付广研究员团队通过转基因技术成功将甜菜红素合成通路导入棉花，使甜菜红素在棉花纤维中富集，创制出纤维粉红色的棉花，为通过基因工程手段培育多类型彩色纤维棉花提供了新思路。相关研究结果以“Development of an eco-friendly pink cotton germplasm by engineering betalain biosynthesis pathway”为题在线发表在植物学经典期刊《植物生物技术（Plant Biotechnology Journal）》 (IF=13.26)上。本研究首先将来源于甜菜的甜菜红素合成通路的3个关键限速基因按照棉花密码子偏好性进行优化，然后用2A肽段将3个基因串联在一起进行共表达，以优质高产的中棉所49为受体进行遗传转化，获得了富含甜菜红素棉花新材料。在组成型启动子驱动下，棉纤维及其它组织均呈现粉红色表型；在纤维特异性启动子驱动下，仅有棉纤维呈现粉红色。与受体材料相比，两种转基因材料成熟纤维品质均接近“双30”，棉铃重也未受到影响，说明棉花中甜菜红素的积累对纤维品质和产量没有明显副作用。但成熟纤维中甜菜红素的含量随着液泡的裂解而降低，导致颜色变浅。未来的研究一方面需要将获得的粉红色棉花与现有的彩色棉花进行杂交，进而创制出更多色彩的彩色棉花；另一方面需要针对甜菜红素如何在纤维次生壁沉积而不消退的机理进行深入研究，以确保甜菜红素在成熟纤维中更加稳定存在。本研究首次将甜菜红素导入主栽棉花中棉所49中并稳定积累，是以棉花为底盘作物、开展合成生物学研究的初步探索。中棉所李付广研究员为该论文的通讯作者，葛晓阳博士为论文第一作者。该研究得到国家自然科学基金创新研究群体、中国农业科学院创新工程、崖州湾种子实验室揭榜挂帅项目的资助。
