大脑大开!用棉花生产虾青素，真能拥有虾青素

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研究员杨作仁与中国农业科学院生物技术研究所研究员柳小庆合作开发了生产虾青素的工程棉花，为提高棉花的附加值提供了新的方向，对提高棉花的综合利用具有重要意义。植物生物技术杂志发表了相关研究成果(Plant Biotechnology Journal)上。

根据文章通讯作者杨作仁的说法，棉花作为世界上最重要的天然纤维作物，长期以来一直专注于纤维质量和产量的提高。然而，纤维只占棉花生物总数的20%，其他80%是棉籽、叶子、棉铃等副产品。研究发现，这些副产品含有丰富的高值功能成分，如鲟、酮和脂肪酸，但由于缺乏深度开发，资源利用率不足。

植物合成生物学的发展为解决上述问题提供了新的途径。虾青素作为自然界中的强抗氧化剂，在食品、饲料、制药和化妆品领域得到了广泛的应用。但微藻中天然虾青素产量有限，化学合成虾青素生物活性低。因为植物中含有大量的虾青素，所以被称为生成虾青素的理想底盘。

本研究以棉花品种“中棉49”为受体材料，通过跨物种引入莱茵衣藻来源β-来自雨生红球藻的胡罗卜素酮化酶CrBKT和β-HpBHY编码基因模块胡罗卜素羟化酶，重建虾青素生成通道，培育工程棉花。

棉花植物在幼苗期和成熟期的叶片、花器官、棉铃、棉籽和棉籽油中呈现虾青素的特征性红色，虾青素在不同组织中的积累呈梯度分布:叶片含量最高(61.03mg/kg鲜重)，其次是棉铃壳(7.03-9.28mg/kg鲜重)，可用于开发动物饲料添加剂(代替人工色素)或抗氧化提取物;棉籽和棉籽油中虾青素的含量分别为823μg/kg、410μg/kg，可以用来开发天然功能性保健食用油。

这项研究完成了棉花植物多组织同步生成虾青素的研究，这意味着棉花从“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”向“多功能高值”的双收入体系的发展开辟了新的途径。同时，在理论上，为开发新型功能性棉花提供了依据和技术路径。

该研究获得了生物育种国家重大科技项目、新疆维吾尔自治区重大科技项目和中央公益科研院所基本科研业务费重点项目的资助。中国农业科学院生物学研究所苗丽青博士和中国棉花研究所助理研究员徐雅梦是论文的第一作者，中国棉花研究所助理研究员马淑雅、柳小庆和杨作仁是通信作者。