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24日，記者從中國農業(yè)科學院棉花研究所獲悉，中國農業(yè)科學院棉花研究所、西部農業(yè)研究中心棉花分子遺傳改良創(chuàng)新團隊楊作仁研究員與中國農業(yè)科學院生物技術研究所柳小慶研究員，合作創(chuàng)制了可生產(chǎn)蝦青素的工程棉花。普通棉花通常不可生產(chǎn)蝦青素，該工程棉花葉片中畝產(chǎn)蝦青素約180克，為提高棉花附加值提供了新方向，對提升棉花綜合利用價值具有重要意義。相關研究成果近日發(fā)表在國際學術期刊《植物生物技術雜志》上。

據(jù)楊作仁介紹，棉花作為全球最重要的天然纖維作物，其研究長期聚焦于纖維品質與產(chǎn)量提升。然而，纖維僅占棉花生物總量的20%，其余80%為棉籽、葉片、棉鈴等副產(chǎn)物。研究表明，這些副產(chǎn)品中含有豐富的萜類、黃酮和脂肪酸等高值功能組分，但因缺乏深度開發(fā)導致資源利用率較低。植物合成生物學的發(fā)展為解決以上問題提供了新途徑。

蝦青素是自然界中的強抗氧化劑，目前已廣泛應用于食品、飼料、制藥和化妝品領域。然而，由于微藻中天然蝦青素的產(chǎn)量有限，化學合成蝦青素的生物活性較低。植物含有豐富的蝦青素合成前體，被認為是合成蝦青素的理想底盤。

該研究以棉花品種“中棉49”為受體材料，通過跨物種引入萊茵衣藻來源的β-胡蘿卜素酮化酶CrBKT、雨生紅球藻來源的β-胡蘿卜素羥化酶HpBHY編碼基因模塊，重建蝦青素合成通路，以合成生物學技術培育出工程棉花。該工程棉花植株在幼苗期和成熟期的葉片、花器官、棉鈴、棉籽以及棉籽油中均呈現(xiàn)蝦青素的特征性紅色。在植株的不同組織中，蝦青素積累呈現(xiàn)梯度分布，其中，葉片的蝦青素含量最高，為61.03毫克/公斤鮮重，棉鈴殼次之，為7.03-9.28毫克/公斤鮮重，可用于開發(fā)動物飼料添加劑、替代人工色素或抗氧化提取物；棉籽、棉籽油中蝦青素含量分別為823、410微克/公斤，可用于開發(fā)天然功能性保健食用油。

柳小慶表示，該研究實現(xiàn)了棉花植株多組織同步合成蝦青素，標志著棉花從“白色纖維經(jīng)濟”向“紅色生物工廠”的戰(zhàn)略轉型，為推動棉花從“單一產(chǎn)出”到“多功能高值化”雙收益體系開發(fā)開辟新途徑。同時在理論層面，為研究人員開發(fā)新型功能型棉花提供了依據(jù)和技術路徑。