天然彩棉纖維色素形成分子機(jī)制研究進(jìn)展

任慧敏，湯壽伍，宋武，柯麗萍，孫玉強(qiáng)，劉海峰*

（1.中國彩棉（集團(tuán)）股份有限公司，新疆烏魯木齊830001；2.浙江理工大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)藥學(xué)院，浙江杭州310018）

天然彩棉是纖維含有天然色素類物質(zhì)的特殊類型棉花，它無需化學(xué)印染，具有綠色環(huán)保的特點(diǎn)，故又稱為“生態(tài)棉”。天然彩色棉纖維具有透氣性好，抗靜電，吸汗性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。目前，依據(jù)對(duì)棉纖維色澤的劃分世界上公認(rèn)的天然彩色棉花僅有棕色和綠色兩種[1]。根據(jù)棉纖維顏色深淺，棕色棉又可分為淡棕色、黃棕色、棕色、灰棕色、深棕色；綠色棉分為綠色短絨、白色纖維和綠色纖維、綠色短絨兩種。

1 天然彩色棉纖維的發(fā)育及色素沉積

通過對(duì)白色棉纖維發(fā)育的研究，發(fā)現(xiàn)棉纖維是由胚珠外層珠被上單個(gè)表皮細(xì)胞分化發(fā)育而成，其發(fā)育的整個(gè)過程可分為四個(gè)階段：即纖維發(fā)育起始期、伸長期（初生壁增厚期）、次生壁加厚期和脫水成熟期[2-3]，這四個(gè)時(shí)期是連續(xù)、重疊的發(fā)育過程，一般經(jīng)歷45～60 d。彩色棉纖維的發(fā)育同樣經(jīng)歷這4個(gè)時(shí)期，但在彩色棉纖維發(fā)育過程中還伴隨色素物質(zhì)的合成與沉積，從而使棉纖維呈現(xiàn)出天然色彩[4]。已有研究證明色素的形成與纖維長短、纖維素含量以及纖維品質(zhì)都具有一定的相關(guān)性[5-6]。

有研究者利用黑袋子對(duì)開花至吐絮時(shí)期的彩棉進(jìn)行套袋實(shí)驗(yàn)，證實(shí)天然彩色棉纖維色素的形成并非是因?yàn)槔w維吸收了光線中的某些成分，而是由于色素合成相關(guān)基因在纖維細(xì)胞中特異表達(dá)所導(dǎo)致。通過電子顯微鏡對(duì)比觀察發(fā)現(xiàn)天然彩棉纖維色素的形成起始于初生壁伸長期之后，與次生壁加厚同時(shí)進(jìn)行[7]。王學(xué)德等分別提取棕色棉和綠色棉纖維的色素，并根據(jù)提取液的吸光值估計(jì)色素含量，認(rèn)為在開花后15 d左右，棕色棉和綠色棉中的色素已形成和沉積，并在開花后20 d色素含量達(dá)到最高峰，隨后纖維的顏色逐漸加深[4]。另有研究結(jié)果證明棕色棉和綠色棉纖維色素沉積的部位是存在明顯區(qū)別的，棕色棉主要沉積在中腔內(nèi)，而綠色棉在中腔及纖維的次生壁內(nèi)層也有大量色素沉積[5,7-8]。

2 天然彩色棉纖維色素成分研究

為了進(jìn)一步研究彩色棉纖維色素形成的分子機(jī)制，國內(nèi)外學(xué)者首先對(duì)天然彩色棉纖維的色素成分進(jìn)行分析，但是由于色素提取、分離和純化的方法不同造成即使同一種彩色棉纖維色素所獲得的組成成分也有所不同。

根據(jù)已有研究報(bào)道棕色棉纖維色素成分主要有以下幾種可能：（1）兒茶素：Ryser等認(rèn)為棕色棉短絨呈現(xiàn)的棕色是由于單寧的前體兒茶素及單寧的衍生物導(dǎo)致的，同時(shí)推測(cè)棕色纖維的顏色可能與位于液泡里的由兒茶素衍化的單寧有關(guān)[8-9]。（2）黃酮類化合物：研究者利用紫外吸收光譜分析成熟棕色棉纖維的色素提取物，認(rèn)為棕色棉纖維色素可能是黃酮類化合物[10]。Hua等通過比較白色棉和彩色棉纖維色素合成和沉積的特點(diǎn)，認(rèn)為黃酮類化合物可能是天然彩色棉纖維色素的主要物質(zhì)[11-12]。Feng等通過HPLC分析發(fā)現(xiàn)柚皮素、槲皮素、山奈酚和楊梅素在棕色棉纖維中的含量顯著高于其在白色棉纖維中的含量，而這四種物質(zhì)均屬于黃酮類化合物，表明棕色棉纖維色素成分極有可能是黃酮類化合物或其衍生物[13]。（3）醌類化合物：有研究者利用“堿溶酸沉”原理結(jié)合乙酸乙酯萃取法純化獲得棕色棉纖維色素，進(jìn)一步通過化學(xué)性質(zhì)的比較鑒定認(rèn)為棕色棉纖維色素可能是由單寧氧化形成的醌類化合物[14-16]。（4）原花青素（縮合單寧）：還有部分研究者通過類黃酮結(jié)構(gòu)基因表達(dá)分析和DMACA染色實(shí)驗(yàn)表明類黃酮結(jié)構(gòu)基因和原花青素參與了棕色棉纖維色素的形成[17-18]。隨后，有研究團(tuán)隊(duì)比較棕色棉纖維和其近等白色棉纖維的蛋白組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)原花青素是棕色棉纖維色素物質(zhì)的主要成分[19-20]。進(jìn)一步對(duì)提取、分離的棕色棉纖維色素物質(zhì)利用NMR和MALDI-TOF MS進(jìn)行分析鑒定，證實(shí)構(gòu)成棕色棉纖維色素物質(zhì)原花青素的主要結(jié)構(gòu)單元是表倍兒茶素，同時(shí)有少量的表兒茶素結(jié)構(gòu)單元[16]。采用香草醛法測(cè)定發(fā)現(xiàn)棕色棉纖維和種皮中縮合單寧的平均含量均高于其在白色棉纖維中的含量，而且棕色棉纖維中色素含量越高，棉纖維或種皮中縮合單寧的含量就越高，認(rèn)為棕色棉纖維色素的合成前體是無色的縮合單寧[15,21-22]。近期有研究證實(shí)原花青素含量與纖維色澤有一定關(guān)聯(lián)[13,16,19]。

綠色棉纖維色素成分的研究相對(duì)于棕色棉纖維來說有些少，已有研究表明綠色棉纖維與棕色棉纖維色素的成分是不同的。最早研究結(jié)果認(rèn)為綠色棉纖維色素中含有有機(jī)酸，甾醇、香豆素和黃酮類物質(zhì)[8-9,23]。隨后，有研究者通過脂溶性溶劑對(duì)綠色棉纖維色素進(jìn)行提取，發(fā)現(xiàn)提取物中存在苯乙烯酸及其衍生物，并通過相應(yīng)抑制劑的使用，認(rèn)為苯乙烯酸及其衍生物是綠色棉纖維產(chǎn)生顏色的重要因素[24-25]。趙向前等發(fā)現(xiàn)綠色棉纖維色素除了包含有黃酮類化合物之外，還含有類似蘆丁的黃酮醇化合物[10,26]。張小均等研究發(fā)現(xiàn)綠色棉纖維色素主要是脂溶性物質(zhì)，而棕色棉纖維主要是水溶性物質(zhì)[27]。近期有研究者從綠色棉纖維中分離出三種化合物，分別是22-O-咖啡酰基-22-羥基二十二酸單甘油酯、22-O-咖啡酰基-22-羥基二十二酸和二十七酸單甘油酯[28]。

綜上，雖然天然彩色棉纖維色素的具體組分還未明確，但已有研究證實(shí)天然彩棉纖維色素成分與植物類黃酮生物合成途徑密切相關(guān)，而且近期研究報(bào)導(dǎo)再次證明類黃酮生物合成途徑調(diào)控棕色棉和綠色棉色素沉積過程[29]。

3 植物類黃酮生物合成途徑

類黃酮化合物是廣泛存在于自然界的一大類次生代謝產(chǎn)物，數(shù)量之多被列為酚類化合物之首，多數(shù)具有顏色，是植物色素的主要成分。類黃酮化合物顏色一般在淺黃至藍(lán)色之間變動(dòng)，其顏色的顯示與細(xì)胞質(zhì)中的輔助色素、金屬離子和pH值都有很大關(guān)系[30]。目前，研究者已經(jīng)從不同植物中鑒定出超過5000個(gè)自然黃酮類化合物。根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，通常分為以下亞組（表 1）：

表1 黃酮類化合物分類Table 1 The classification of flavonoids

植物類黃酮合成途徑是研究最為深入的次生代謝途徑之一，花色素苷的生物合成則是該途徑中研究比較清楚的代謝途徑[31]。植物類黃酮生物合成途徑起始于苯丙氨酸，經(jīng)苯丙氨酸解氨酶（PAL）催化形成肉桂酸，肉桂酸在肉桂酸羥化酶（C4H）的催化作用下形成香豆酸，經(jīng)4-香豆酸輔酶A連接酶（4CL）催化形成香豆酰輔酶A，隨后在查爾酮合成酶（CHS）的催化作用下，香豆酰輔酶A與丙二酰輔酶A反應(yīng)生成查爾酮，查爾酮（黃色）在查爾酮異構(gòu)酶（CHI）催化下生成黃烷酮。黃烷酮羥化酶（F3H）催化黃烷酮生成二氫黃酮醇。此后，以二氫黃酮醇為底物存在三條不同的代謝途徑，分別是①二氫黃酮醇在類黃酮3'，5'-羥化酶（F3'5'H）的催化作用下形成二氫楊梅黃酮，進(jìn)而在二氫黃酮醇（DFR）的作用下生成無色翠雀素；②二氫黃酮醇在類黃酮3'-羥化酶（F3'H）的作用下形成二氫槲皮素，同樣在二氫黃酮醇（DFR）的作用下生成無色矢車菊色素；③二氫黃酮醇直接在二氫黃酮醇（DFR）的催化作用下生成無色天竺葵色素。三種無色花青素進(jìn)一步在花青素合成酶（ANS）的催化作用下形成相應(yīng)的有色但不穩(wěn)定的花青素，隨后，由類黃酮3-糖基轉(zhuǎn)移酶（3GT）將不穩(wěn)定花青素轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的穩(wěn)定花青素苷，分別是翠雀素-3-葡萄糖苷、天竺葵素-3-葡萄糖苷（磚紅色）和矢車菊色素-3-葡萄糖苷。其中，翠雀素-3-葡萄糖苷和矢車菊色素-3-葡萄糖苷均可以在轉(zhuǎn)甲基酶的催化作用下最終分別形成藍(lán)紫色的錦葵色素（飛燕草色素）和紫紅色的芍藥花色素（矢車菊色素）。此外，無色花色素和不穩(wěn)定的花青素還可以分別在無色素還原酶（LAR）和花青素還原酶（ANR）的作用下分別還原為兒茶素和表兒茶素，它們進(jìn)一步反應(yīng)生成原花青素并最終氧化成縮合單寧[32-33]。

4 天然彩色棉纖維色素相關(guān)結(jié)構(gòu)基因的研究

根據(jù)已有研究將類黃酮代謝途徑中調(diào)控花青素生物合成的基因分為兩類：一類是結(jié)構(gòu)基因，即編碼類黃酮代謝途徑中直接參與花青素苷形成的酶的基因；另一類是調(diào)節(jié)基因，控制結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，從而調(diào)節(jié)花青素累積的時(shí)空模式，如編碼MYB，WD40，bHLH等轉(zhuǎn)錄因子的基因。

編碼類黃酮代謝途徑相關(guān)酶的結(jié)構(gòu)基因目前在天然彩色棉纖維中幾乎都已被克隆鑒定。已有研究者通過同源序列比對(duì)等方法從棕色棉纖維中克隆獲得類黃酮合成途徑中的5個(gè)關(guān)鍵基因 ， 包 括GhDFR，GhCHI，GhF3H，GhANS和GhANR[17]。李艷軍等篩選獲得多個(gè)在彩棉中優(yōu)先表達(dá)的cDNA片段，其中包含一個(gè)新基因即在類黃酮物質(zhì)生物合成過程中發(fā)揮重要功能的酶基因4-香豆酸-CoA（4CL）[34]。隨后，類黃酮合成途徑中其余關(guān)鍵結(jié)構(gòu)基因Gh3GT，GhC4H，GhCHS，GhF3'H，GhF3'5'H在棕色棉中也被成功克隆，其中GhC4H，GhF3'H和GhF3'5'H都屬于細(xì)胞色素P450家族[13,35]。

類黃酮生物合成途徑在高等植物中具有很好的保守性。依據(jù)植物類黃酮生物合成途徑，將已經(jīng)在棉花中報(bào)道的與纖維色素合成相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因進(jìn)行相應(yīng)介紹。

4-香豆酸輔酶A連接酶（4CL）是類黃酮合成途徑中的關(guān)鍵酶。在陸地棉中共發(fā)現(xiàn)4個(gè)編碼4CL的基因，命名為Gh4CL1-Gh4CL4。在這四個(gè)基因中只有Gh4CL2在綠色棉纖維中的表達(dá)量顯著高于其在白色棉纖維中的表達(dá)，酶動(dòng)力學(xué)分析顯示Gh4CL2對(duì)底物咖啡酸酯和阿魏酸鹽都有很強(qiáng)的活性，而已有研究證實(shí)咖啡酸酯可能是綠色棉纖維色素的主要成分，說明Gh4CL2和綠色棉纖維色素生物合成具有一定的相關(guān)性[28]。

經(jīng)查爾酮合成酶（CHS）催化形成的查爾酮為其它類黃酮物質(zhì)的合成提供了基本碳骨架，因此CHS被認(rèn)為是類黃酮生物合成過程中第一個(gè)關(guān)鍵限速酶,是花色素體內(nèi)合成途徑的調(diào)節(jié)點(diǎn)。GhCHS1在棕色棉纖維中的表達(dá)量顯著高于其在近等基因系白色棉中的表達(dá)，但是該基因在綠色棉纖維中幾乎檢測(cè)不到，推測(cè)該基因可能在棕色棉纖維色素形成中發(fā)揮重要作用[36]。梁明煒等發(fā)現(xiàn)GhCHS在胚珠和纖維中廣泛表達(dá)，但在花瓣中幾乎沒有表達(dá)，說明棉花纖維發(fā)育及其色素形成過程與花色素體內(nèi)合成途徑密切相關(guān)[37]。

查爾酮異構(gòu)酶CHI是類黃酮生物合成途徑中提高黃酮醇含量的關(guān)鍵酶，編碼該酶的基因首次從法國豌豆中分離出來。利用RNAi技術(shù)將煙草內(nèi)源CHI基因的表達(dá)量降低，發(fā)現(xiàn)煙草花瓣和花粉的顏色都變淺，黃酮含量也發(fā)生了相應(yīng)的變化，說明CHI在植物花色調(diào)控等方面發(fā)揮重要作用[38]。最新研究發(fā)現(xiàn)在棕色棉（ZONG1282）中利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的RNAi干涉GhCHI的表達(dá)，其轉(zhuǎn)基因后代纖維色澤除了棕色之外，還出現(xiàn)新的顏色：一種接近于白色，另一種是深綠色。這有力證明GhCHI在纖維色澤形成過程中發(fā)揮重要作用[29]。

研究發(fā)現(xiàn)在矮牽牛和金魚草中將編碼黃烷酮-3-羥化酶（F3H）的基因突變，會(huì)使花色素合成通路受阻，導(dǎo)致產(chǎn)生白色的矮牽牛和金魚草[39-40]。Tan等人通過雜交將GhF3H基因RNAi片段導(dǎo)入棕色棉（T586）背景中,發(fā)現(xiàn)含有GhF3H-RNAi片段的棕色棉植株其花瓣顏色變淺，纖維顏色變深，與預(yù)期相反，由此推測(cè)可能F3H上游類黃酮物質(zhì)也是產(chǎn)生棕色棉纖維的因素之一[41]。

黃烷酮 3'，5'-羥化酶（F3'5'H）屬于細(xì)胞色素P450酶家族中CYP75家族，是產(chǎn)生藍(lán)色的飛燕草色素的一個(gè)關(guān)鍵酶。引入外源F3'5'H基因來改變植物花色在多種植物中已獲得成功[42]。 已有研究發(fā)現(xiàn)，GhF3'5'H主要在纖維發(fā)育早期高表達(dá)，其在棕色棉纖維和綠色棉纖維中的轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平明顯高于其在白色棉纖維中的表達(dá)，推測(cè)其可能參與彩色棉纖維色素前體物質(zhì)的合成[43]。

二氫黃酮醇還原酶（DFR）是位于花青素和原花青素合成途徑后期的一個(gè)關(guān)鍵酶。利用VIGS技術(shù)將GhDFR1基因沉默發(fā)現(xiàn)顯著降低了花青素和原花青素的積累量，而且相對(duì)于對(duì)照植株，在GhDFR1基因沉默的棉纖維中兩種縮合單寧單體（表兒茶素和表沒食子兒茶素）的含量嚴(yán)重減少，但同時(shí)卻檢測(cè)到兒茶素和沒食子兒茶素。進(jìn)一步將GhDFR1轉(zhuǎn)入擬南芥tt3突變體發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因陽性植株種皮能夠積累縮合單寧，綜合以上結(jié)果證明GhDFR1在棉花花青素和原花青素的合成過程中發(fā)揮重要功能[44]。

花色素還原酶（ANR）能夠?qū)⒅参镏械幕ㄉ剞D(zhuǎn)化為相應(yīng)的表兒茶素類物質(zhì)，這類物質(zhì)既是原花青素合成的構(gòu)成單位，也是原花青素聚合的起始單位。研究發(fā)現(xiàn)利用病毒介導(dǎo)的基因沉默技術(shù)將GhANR1的表達(dá)量降低導(dǎo)致在棉花葉片和莖中積累大量的花青素，而原花青素含量明顯減少，說明ANR在原花青素生物合成過程中發(fā)揮一定功能[45]。

除以上研究，該途徑中編碼其它酶的基因，包括PAL，C4H，CHI，LAR，ANS，3GT在棕色纖維中表達(dá)量顯著高于其在白色棉纖維中的表達(dá)[16,18,20]。綜合現(xiàn)有天然彩棉中對(duì)類黃酮生物合成途徑結(jié)構(gòu)基因的研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)變化與天然彩色棉纖維色素的含量具有相關(guān)性，從而影響棉纖維色澤的呈現(xiàn)。

5 天然彩棉中類黃酮代謝途徑結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控研究

類黃酮合成途徑中的結(jié)構(gòu)基因大多通過協(xié)同作用發(fā)揮功能，而這些結(jié)構(gòu)基因的協(xié)同表達(dá)可能受一些調(diào)節(jié)基因的調(diào)控，不同調(diào)節(jié)基因之間通過相互協(xié)調(diào)決定結(jié)構(gòu)基因的時(shí)空表達(dá)模式，從而調(diào)控植物色澤。目前發(fā)現(xiàn)的調(diào)節(jié)基因主要是編碼轉(zhuǎn)錄因子家族的基因，已發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)錄因子包括R2R3-type MYB,WD40,bHLH,WRKY,Zinc finger和 MADS box，其中以 MYB-bHLH-WD40三聯(lián)體（MBW）調(diào)控類黃酮合成途徑的研究相對(duì)深入。已有報(bào)導(dǎo)發(fā)現(xiàn)在模式植物擬南芥中多個(gè)MBW復(fù)合體參與類黃酮結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)調(diào)控，如AtDFR，AtANS，AtANR等[46-49]。

MYB轉(zhuǎn)錄因子在植物次生代謝、信號(hào)傳導(dǎo)、生長發(fā)育及植物抗逆等過程中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用，其中R2R3-MYBs轉(zhuǎn)錄因子在次生代謝途徑中對(duì)類黃酮生物合成所需酶類發(fā)揮正調(diào)控或負(fù)調(diào)控作用。近年有文獻(xiàn)報(bào)道編碼轉(zhuǎn)錄因子GhTT2_A07的基因在棕色棉纖維發(fā)育過程中其轉(zhuǎn)錄水平表達(dá)明顯上調(diào)，與PA積累和色素形成具有很大相關(guān)性[50]。研究者從陸地棉中分離獲得TT2-型的MYB轉(zhuǎn)錄因子GhMYB36和Gh-MYB10，發(fā)現(xiàn)GhMYB36和GhMYB10作為MBW復(fù)合體的組成部分能夠激活棉花中LAR和ANR的啟動(dòng)子，同時(shí)GhMYB36和GhMYB10都能夠互補(bǔ)擬南芥tt2突變體的功能，說明Gh-MYB36和GhMYB10在原花青素合成途徑中發(fā)揮重要功能[51]。最新研究發(fā)現(xiàn)棕色棉中與TT2同源的GhTT2-3A激活GhbHLH130D，并與GhTT2-3A協(xié)同作用促進(jìn)下游PA結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)從而調(diào)控PA的生物合成和積累，導(dǎo)致棕色棉纖維色澤改變[52]。MYB轉(zhuǎn)錄因子除了以MBW三聯(lián)體發(fā)揮功能外，部分MYB轉(zhuǎn)錄因子可以單獨(dú)調(diào)控類黃酮生物合成，如擬南芥MYB12可以單獨(dú)激活類黃酮生物合成過程中CHS/CHI/F3H/FLS1四個(gè)結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄，使其協(xié)同表達(dá)[53]。此外，將擬南芥MYB轉(zhuǎn)錄因子PAP1進(jìn)行異位表達(dá)導(dǎo)致植物多數(shù)器官呈現(xiàn)深紫色[54]。這些都為彩棉纖維色澤改良提供了新的研究方向和參考依據(jù)。

在植物中，bHLH類轉(zhuǎn)錄因子在花器官發(fā)育、光形態(tài)建成、表皮細(xì)胞分化和類黃酮生物合成途徑等過程中都發(fā)揮功能。在類黃酮生物合成途徑中bHLH通常與MYB轉(zhuǎn)錄因子共同作用才能發(fā)揮其功能[55]。玉米中的R基因和B基因是植物中分離得到的第一個(gè)編碼參與類黃酮途徑的bHLH轉(zhuǎn)錄因子[56]。bHLH類轉(zhuǎn)錄因子可以調(diào)節(jié)類黃酮生物合成途徑的一條或多條分支，如玉米中ZmR參與花青素合成途徑[56]，在擬南芥中TT8能調(diào)控花青素和原花青素兩條途徑[55]。目前，通過同源進(jìn)化分析已經(jīng)在不同棉花品種中鑒定發(fā)現(xiàn)多個(gè)屬于bHLH類轉(zhuǎn)錄因子家族的基因，但這些基因是否在類黃酮生物合成途徑中發(fā)揮調(diào)控功能還有待進(jìn)一步詳細(xì)研究[57]。

WD40（WDR）蛋白是細(xì)胞分化、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和囊泡形成以及轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，該蛋白可以通過調(diào)節(jié)類黃酮途徑控制植物的其它生理發(fā)育過程[58]。在 MYB-bHLH-WD40三聯(lián)體（MBW）中，WD40和MYB以及bHLH成員不一樣，它不具有酶活性，無法直接識(shí)別靶基因的啟動(dòng)子序列，而主要是通過增強(qiáng)三聯(lián)復(fù)合體的激活作用來發(fā)揮其功能[59]。植物中最早報(bào)道參與花青素合成過程的WD40轉(zhuǎn)錄因子是矮牽牛中的AN11[60]，而擬南芥TTG1是最先發(fā)現(xiàn)的以MBW復(fù)合體形式參與調(diào)控作用的WD40蛋白[61]。在棉花中分離鑒定獲得與擬南芥TTG1同源的GhTTG1和GhTTG3，利用紫羅蘭ttg1突變體對(duì)GhTTG1和GhTTG3的生理功能進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，表達(dá)GhTTG1和GhTTG3的花瓣由純白色變?yōu)閹ё仙唿c(diǎn)的花瓣，說明GhTTG1和GhTTG3在花青素調(diào)控的色素形成過程中發(fā)揮重要功能[62]。

轉(zhuǎn)錄因子是非常龐大的基因家族，具有很強(qiáng)的調(diào)控功能。單個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子能夠協(xié)調(diào)控制結(jié)構(gòu)基因的時(shí)空表達(dá)，從而影響植物色素的累積。但目前這部分的研究極為有限，結(jié)合其它植物中轉(zhuǎn)錄因子的研究方法及功能報(bào)道，通過同源進(jìn)化比對(duì)，在彩棉中挖掘具有類似功能的候選調(diào)節(jié)因子，檢測(cè)其對(duì)彩色棉纖維中高表達(dá)的結(jié)構(gòu)基因的調(diào)控作用，以期獲得能夠改變纖維色澤的轉(zhuǎn)錄調(diào)控候選因子。

6 展望

天然彩色棉是無污染的綠色生態(tài)棉，它符合人們追求綠色環(huán)保的要求，但由于其色澤較為單一，因此，深入研究彩色棉纖維色素形成過程及其分子機(jī)制是研究者一直關(guān)注的熱點(diǎn)，同時(shí)也是進(jìn)行彩棉育種和改良的關(guān)鍵?；ㄇ嗨睾驮ㄇ嗨睾铣赏緩绞侵参镏杏嘘P(guān)色素合成研究較為清楚的次生代謝途徑。綜合現(xiàn)有研究報(bào)導(dǎo)發(fā)現(xiàn)彩色棉纖維色素的形成與該次生代謝途徑具有很大相關(guān)性，但已有研究多數(shù)集中在結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)變化，而對(duì)于基因本身功能的研究還相對(duì)較少，尤其是對(duì)于轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的研究?；谵D(zhuǎn)錄因子的高度保守性，可以借鑒其他植物中已有研究結(jié)果，對(duì)結(jié)構(gòu)基因和轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子進(jìn)行深入的功能研究。同時(shí)可以通過蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)等方法輔助分析獲得可能的候選基因，這些都將為彩棉育種提供理論依據(jù)；而且可以高效結(jié)合基因工程技術(shù)在彩棉中進(jìn)行改良，為彩棉育種開辟新的路徑。