近日，河南大学宋纯鹏教授团队-邹长松教授课题组在Plant Communications在线发表题为Engineering seed-specific gossypol-free cotton for human-safe consumption by harnessing the dominant-negative effect of the Gl2e mutation的研究论文。该研究系统阐明了Gl2e显性负效应的作用机制，提出利用种子特异启动子驱动Gl2e基因、干扰种子腺体发育的新策略，成功培育出植株棉酚保持不变且种子棉酚含量为“0”的新型棉花，突破棉籽不可安全食用的国际难题，为棉花 升级为“粮棉油”一体高值化作物提供依据。
棉花作为全球最重要的经济作物之一，是关系国计民生的重要战略物资，在中国乃至全球经济发展中占据重要地位。棉纤维作为纺织工业的主要天然原料，已为公众所熟知。然而，棉花种子的食用价值与安全利用问题，始终是制约棉花产业发展的“痛点”。我国长期面临食用油和蛋白食品原料的产能不足、进口依赖度较高的问题。中央一号文件多次指出要“深入推进大豆和油料产能提升工程”，而棉花作为宝贵的粮油资源，长期处于待开发阶段。全球年产棉籽约4400万吨，含有1000万吨油脂和1700万吨植物蛋白，其营养价值可与大豆相当，是极具潜力的战略资源。然而，由于棉籽含有的毒性物质（棉酚等次生代谢物）严重限制了其作为食品原料的应用。当前，棉籽利用主要采用物理、化学方法进行脱棉酚处理，但普遍存在棉酚去除不彻底、营养流失、成本高昂以及环境污染等问题，残留的有毒物质仍然可以进入餐桌，威胁人类健康，特别是生殖健康。早在上个世纪，诺贝尔和平奖得主、绿色革命之父诺曼·布劳格就曾指出，“种子零棉酚”棉花具有巨大开发与利用价值。国内外育种家先后培育出全株无棉酚棉和低酚棉等新品种，但由于这些品种对病虫鼠害的抗性差，始终未能实现大面积推广，未能从根源上解决问题。因此，培育植株有棉酚“种子零棉酚”的“理想棉花”是半世纪以来棉花育种家的梦想，也是缓解我国油料供给不足的优选方案。
河南大学棉花种子改良团队围绕“棉花种子综合高效利用”这一产业痛点问题，15年来持续攻关，系统揭示了棉花Gl2/Gl3四聚体调控棉酚腺体遗传发育的分子机制，并提出利用显性负效应精准抑制种子棉酚腺体发育的新思路（图1）。与传统RNAi方法不同，该策略通过蛋白互作的方式特异性干扰种子腺体发育，成功创制出“种子零棉酚、植株保棉酚”的新型棉花材料，既保证棉花植株的天然抗病虫能力，又实现种子安全食（饲）用（图2）。该成果从源头上解决了棉花种子无法安全高效利用的难题，为棉花“粮棉油”一体高值化综合利用奠定了基础。
图1 Gl2/Gl3/Gl2e蛋白四聚体调控棉酚腺体发育的工作模型
图2 新型种子“0”棉酚植株保棉酚棉花表型
这一突破性成果助力棉花由传统意义上的经济作物向“粮棉油”一体化高值化作物拓展，不仅提高了棉花的经济附加值，开辟了新型油料市场和动物饲料市场，也为棉花产业转型升级和产业链延伸提供了重要支撑，具有深远的社会意义和经济价值。本研究由河南大学生命科学学院/棉花生物育种与综合利用全国重点实验室邹长松教授、中国农业科学院棉花研究所宋国立研究员、河南大学宋纯鹏教授以及李志芳教授共同担任通讯作者；河南大学博士研究生程祥飞和王朋宝以及王新春教授为共同第一作者。河南大学江静教授、王伟教授、田宝良副教授，中国科学院分子植物卓越创新中心段成国研究员，中国农业科学院棉花研究所左东云副研究员以及美国德州理工大学施华中教授也参与了本研究工作。该研究得到国家自然科学基金区域创新发展联合基金重点项目（U21A20213）、河南省重点研发专项（251111113500）及河南省杰出青年科学基金项目（232300421007）的资助。
论文链接
https://www.cell.com/plant-communications/fulltext/S2590-3462(25)00390-6
