一种粉红色棉花纤维和种子的转基因材料及其应用

本发明公开了一种粉红色棉花纤维和种子的转基因材料及其应用，属于基因工程领域。

背景技术：

1、棉花是世界上最重要的天然纤维来源和经济作物之一，其中白色棉花占主导地位。由于颜色单调，因此棉花经棉纺厂纺织后会进行染色，但是纺织品染色产生的大量合成染料排放到环境中，极大地危害人类和其他生物的健康。为了减少污染和节约用水，迫切需要环保的替代品。彩色棉是一种具有天然纤维色泽的棉花，可以有效减少纺织过程中对环境造成的污染以及对人体的危害，是真正的绿色产品。随着人民生活需求、环保意识和健康观念的不断提高，彩色棉因其具有天然的颜色，在纺织生产上可以不需要漂白、消毒、染色等过程，减轻了纺织过程对环境造成的污染，降低了企业生产成本，减小了对身体的危害，成为真正意义上的绿色产品。随着现代生物科学技术的迅速发展，为彩色棉育种的深入研究创造了良好的环境。

2、甜菜红素是世界上广泛使用的一种水溶性含氮色素，甜菜、火龙果和其他植物中见到的鲜红色就是甜菜红素积累的结果，该色素无毒副作用且色泽鲜艳，鉴于其毒理学安全性和可能对健康有利的生物影响，甜菜红素是唯一允许用于食物中甜菜红素添加剂的来源。甜菜碱由橙黄色的甜菜红素和红紫色的甜菜红素这两类化合物组成，这些化合物是通过一系列的酶催化步骤合成的，包括产生颜色的羟基酶、双加氧酶和葡萄糖基转移酶。由于锦葵科植物通常不产生甜菜碱，因此本发明的目的在于在世界上最大的植物性纤维——陆地棉中进行了甜菜碱途径的基因工程操作，从而获得一种粉红色棉花纤维和种子的转基因材料。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种粉红色棉花纤维和种子的转基因材料的构建方法及其应用，能够获得产生粉红色棉花纤维和种子的转基因材料。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

3、一种粉红色棉花纤维和种子的转基因材料，所述转基因材料的构建方法为：针对棉花密码子优化了cyp76ad1、l-dopa4,5-dioxygenase、betanidin-5-o-glucosyltransferase三个基因的cds序列，构建包括这三个优化后cds序列的重组载体，转化陆地棉材料，获得粉红色棉花纤维及种子的转基因植株。具体的构建方法包括以下步骤：

4、(1)针对棉花密码子优化了cyp76ad1、l-dopa4,5-dioxygenase、betanidin-5-o-glucosyltransferase三个基因的cds序列，合成包含由编码2a肽的序列依次串联的优化后的甜菜红素催化合成酶基因cyp76ad1、l-dopa4,5-dioxygenase和betanidin-5-o-glucosyltransferase，命名为cdb基因，构建到puc57载体上，获得含有目的基因片段的puc57-cdb质粒；

5、(2)以puc57-cdb质粒为模板，进行pcr扩增，并回收目的基因片段；

6、(3)将wmv067载体进行酶切，获得线性载体；

7、(4)目的基因片段和酶切过的线性载体进行重组连接，构建重组载体；

8、(5)将重组载体转化大肠杆菌，挑取阳性克隆；

9、(6)将阳性克隆培养后，提取质粒；

10、(7)将提取的质粒在农杆菌的介导下转化陆地棉材料，再经过出苗-生根-炼苗-移栽/嫁接，获得粉红色棉花纤维及种子的转基因植株。

11、所述优化后的cyp76ad1基因的cds序列如seq id no.1所示；所述优化后的l-dopa4,5-dioxygenase基因的cds序列如seq id no.2所示；所述优化后的betanidin-5-o-glucosyltransferase基因的cds序列如seq id no.3所示。

12、所述的陆地棉材料为中棉所49号。

13、一种含有优化后cyp76ad1、l-dopa 4,5-dioxygenase、betanidin-5-o-glucosyltransferase基因的cds序列的重组载体。

14、所述重组载体由35s组成型启动子或e6纤维特异性启动子驱动。

15、所述优化后的cyp76ad1基因的cds序列如seq id no.1所示；所述优化后的l-dopa4,5-dioxygenase基因的cds序列如seq id no.2所示；所述优化后的betanidin-5-o-glucosyltransferase基因的cds序列如seq id no.3所示。

16、一种所述的转基因材料在培育彩色纤维和种子的棉花新品种中的应用。

17、所述彩色为粉红色。

18、本发明的有益效果：

19、本发明设计的载体包括三个基因cyp76ad1、l-dopa 4,5-dioxygenase、betanidin-5-o-glucosyltransferase的编码序列(cds序列)，通过密码子优化软件，根据陆地棉密码子偏好性，对三个基因的cds序列进行了优化，并进行合成。甜菜碱基因分别由35s组成型启动子和e6纤维特异性启动子驱动，转化陆地棉高产品种(中棉所49号)中，再经过出苗-生根-炼苗-移栽/嫁接，获得粉红色棉花纤维及种子的转基因植株。该粉红色转基因棉花纤维在成熟过程中呈现紫红色，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粉红色。本发明证明了在棉花中共表达甜菜碱合成关键基因以产生天然粉红色可行性。能够在不影响纤维产量和质量的情况下提供彩色纤维，为彩色棉及种子研究提供了新思路，为创制更多颜色的棉花纤维奠定了基础。同时，也为生产既环保又健康的彩棉纤维提供了不用化工染料染色的合成替代品。此外，还显示了在棉花中生产甜菜碱的潜力，提供了食品着色剂的来源。

技术特征：

1.一种粉红色棉花纤维和种子的转基因材料，其特征在于，所述转基因材料的构建方法为：针对棉花密码子优化了cyp76ad1、l-dopa 4,5-dioxygenase、

2.根据权利要求1所述的转基因材料，其特征在于，具体的构建方法包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的转基因材料，其特征在于，所述优化后的cyp76ad1基因的cds序列如seq id no.1所示；所述优化后的l-dopa 4,5-dioxygenase基因的cds序列如seq idno.2所示；所述优化后的betanidin-5-o-glucosyltransferase基因的cds序列如seqidno.3所示。

4.根据权利要求1所述的转基因材料，其特征在于，所述的陆地棉材料为中棉所49号。

5.一种含有优化后cyp76ad1、l-dopa 4,5-dioxygenase、

6.根据权利要求5所述的重组载体，其特征在于，所述重组载体由35s组成型启动子或e6纤维特异性启动子驱动。

7.根据权利要求5所述的重组载体，其特征在于，所述优化后的cyp76ad1基因的cds序列如seq id no.1所示；所述优化后的l-dopa 4,5-dioxygenase基因的cds序列如seqidno.2所示；所述优化后的betanidin-5-o-glucosyltransferase基因的cds序列如seq idno.3所示。

8.一种如权利要求1-4任一项所述的转基因材料在培育彩色纤维和种子的棉花新品种中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述彩色为粉红色。

技术总结
本发明公开了一种粉红色棉花纤维和种子的转基因材料及其应用，所述转基因材料的构建方法为：针对棉花密码子优化了CYP76AD1、L‑DOPA 4,5‑dioxygenase、Betanidin‑5‑O‑glucosyltransferase三个基因的CDS序列，构建包括这三个优化后CDS序列的重组载体，转化陆地棉材料，获得粉红色棉花纤维及种子的转基因植株。该粉红色转基因棉花纤维在成熟过程中呈现紫红色，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粉红色。本发明证明了在棉花中共表达甜菜碱合成关键基因以产生天然粉红色可行性。能够在不影响纤维产量和质量的情况下提供彩色纤维，为彩色棉及种子研究提供了新思路，为创制更多颜色的棉花纤维奠定了基础。

技术研发人员：李付广,葛晓阳,王晔,王鹏,陈艳丽,袁佳辰
受保护的技术使用者：中国农业科学院棉花研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14