近日，中国农业科学院西部农业研究中心杨作仁研究员团队联合中国农业科学院生物技术研究所柳小庆研究员团队，成功创制了生产虾青素的棉花材料，为提高棉花附加值提供了新的方向，对提高棉花综合利用具有重要意义。研究成果以“Developing high-value-added cotton via rebuilding astaxanthin biosynthesis pathway”为题发表在国际著名植物学期刊《植物生物技术杂志》（Plant Biotechnology Journal）（中科院一区TOP期刊，IF=11.2）上。

棉花作为全球最重要的天然纤维作物，其研究长期聚焦于纤维品质与产量提升。然而，纤维仅占棉花生物总量的20%，其余80%为棉籽、叶片、棉铃等副产物。研究表明这些副产品中含有丰富的萜类、黄酮和脂肪酸等高值功能成分，但因缺乏深度开发导致资源利用率不足。植物合成生物学的发展，为解决以上问题提供了新途径。虾青素作为自然界中的强抗氧化剂，目前已广泛应用于食品、饲料、制药和化妆品领域。然而，由于微藻中天然虾青素的产量有限，并且化学合成虾青素的生物活性较低，而植物中因含有丰富的虾青素合成前体，已被认为是合成虾青素的理想底盘。

研究团队以中棉49（ZM49）为受体，通过跨物种引入莱茵衣藻来源的β-胡萝卜素酮化酶CrBKT与雨生红球藻来源的β-胡萝卜素羟化酶HpBHY编码基因模块，重建虾青素合成通路，成功创制了生产虾青素的功能型棉花（命名为TY）。该材料在棉籽、叶片、棉铃中可稳定积累虾青素。经检测，叶片含量最高达61.03 mg/kg鲜重，棉铃壳次之（7.03-9.28 mg/kg），可开发动物饲料添加剂（替代人工色素）或抗氧化提取物；棉籽及棉籽油中分别为823 μg/kg和410 μg/kg，可作为天然功能性食用油，为将棉籽油开发成为高端保健食用油奠定基础。该研究实现了棉花植株多组织同步合成虾青素，标志着棉花从“白色纤维经济”向“红色生物工厂”的战略转型，为推动农业从“单一产出”到“多功能高值化”双收益体系开发开辟新途径。同时，在理论层面为开发新型功能型棉花提供了理论依据和技术路径。

西部农业研究中心杨作仁研究员、生物技术研究所柳小庆研究员和西部农业研究中心马淑雅助理研究员为论文通讯作者。生物技术研究所苗丽青博士和西部农业研究中心徐雅梦助理研究员为该论文第一作者。该研究得到了生物育种国家科技重大专项和新疆维吾尔自治区重大科技专项等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1111/pbi.70170

开发高附加值工程棉花