科技日报记者 吴纯新 通讯员 蒋朝常
3月17日，记者从华中农业大学获悉，该校棉花遗传改良团队在国际植物学杂志《植物生理学》上刊发了最新研究论文，解析了一个海岛棉和陆地棉种间杂交获得的红色植株突变体的遗传机制，并利用纤维特异启动子将该基因在纤维中特异表达，获得棕色纤维棉花。这项研究赋能一个普通基因，使其发挥“特殊”功能，开辟一个创造彩色棉花的新途径。
棉花作为最主要的天然纤维原料，彩色棉是纤维与色素结合体。天然彩棉可以减少印染过程中能源消耗与环境污染，在碳中和大背景下，与绿色节能的生产、消费理念更加契合，也是拓展棉花产业价值的重要方向。
目前，天然彩棉以棕色和绿色为主，拓展新的彩色棉种质资源是培育彩色棉新品种亟待解决的问题。
据介绍，在实验室前期研究中，研究人员在海岛棉3-79与陆地棉E22杂交后代中发现了一个红株突变体。突变体全株呈现紫红色，但成熟纤维依旧保持正常白色。经过9代连续自交后，得到纯合突变体（ReS9）。
研究团队利用ReS9与E22构建含1899株F2隐性单株的群体，通过图位克隆，将候选基因锁定在D07（D亚基因组上第7号染色体）号染色体上。通过代谢路径分析，表达量检测与TA克隆，最终确定候选基因为MYB113类的转录因子，命名为Re。
该研究利用35S（基因的启动子）启动子驱动Re转化Jin668，在组织培养各个时期均观察到明显的花青素积累，得到叶片不同程度红色转化系，但最终成熟的纤维依旧为白色。
套袋实验证明突变体中Re的表达受自然光的诱导。利用突变体、35S启动子超表达系以及纤维特异表达系在自然光和温室两种条件下的转录组数据，研究团队构建了陆地棉中参与色素代谢的核心基因集，并初步构建Re参与的色素代谢网路。
该研究团队发现，PIF4可能是Re响应自然光的因子，Re可以直接调节类黄酮代谢路径下游ANS和UFGT的表达，从而影响PA与花青素积累。
通过纤维特异表达启动子GbEXPA2的驱动，研究团队成功得到在开花后5至10天的纤维中高量特异表达Re的转化材料，并获得植株正常绿色而发育中的纤维呈紫红色的转化系。
随着纤维发育，紫红色逐渐变浅，最终成熟纤维呈现出不同程度深浅的棕色。通过检测纤维中原花色素（PA）与花青素的含量后发现，PA的大量积累是成熟纤维呈棕色的主要原因。
该实验结果为彩棉研究提供了新思路，为创制更多颜色的棉花纤维奠定基础。如何保持花青素在纤维中稳定积累，以及协调PA等其它代谢物的积累，可能是创制彩色纤维棉花的突破口。
据悉，该校作物遗传改良团队林忠旭教授为上述论文通讯作者，博士生汪念为第一作者，团队带头人张献龙教授参与了该研究，团队涂礼莉教授提供纤维特异启动子。本研究受到国家转基因生物育种重大专项资助。
