基因编辑棉花：温暖你的身，填满你的胃

出品：科普中国

监制：中国作物学会 光明网科普事业部

统筹：程维红 徐琴

策划：宋雅娟 张蕃

作者：金双侠 华中农业大学植物科学技术学院作物遗传育种专业博士，教授，博士生导师

日常生活中，大家的餐桌上使用的是哪种食用油呢？也许你会提到大豆油、花生油、菜籽油等等。可是你听说过棉花籽榨出的可食用棉籽油吗？

作为重要的农作物，棉花千百年来一直是人类抵御严寒的重要原料。更特别的是，籽棉中有60%都是棉籽，即棉花在出产1公斤纤维的同时，还能出产1．65公斤富含蛋白质的棉籽。棉籽中丰富的蛋白质和油脂，是食用蛋白质和食用油的极佳来源。因此在食品界，棉花一直被认为是响当当的潜力股。

可是为什么棉籽油在我们的餐桌上却如此陌生呢？究其原因竟是棉花中存在的一种次生代谢物——棉酚。作为植物保护自己的生化武器，棉酚在植株地上部分的腺体和根的表皮层中大量积累，帮助棉花抵御病菌侵染和降低被害虫取食的风险。说到这里想必你已经猜到了：棉酚对人类和单胃动物（如猪，鸟，鱼）、啮齿动物都是有毒的。

食用含棉酚较多的毛棉油会引起中毒，患者皮肤会产生剧烈的灼烧感，并伴有头晕、气喘、心慌和无力等症状。这样听起来，白白软软的棉花变成了让各种生物退避三舍的“用毒高手”。

但人类就这样退缩了吗？当然不，棉籽这么棒的油料作物怎么能浪费呢！既然有毒，那我们对棉籽进行“脱毒”不就好了嘛——

棉籽油的传统脱毒方法有很多，如物理脱毒法、化学脱毒法、生物脱毒法及溶剂浸出法等。物理脱毒法利用棉酚色腺体的密度与其他组分相比较小的特点将其脱毒；化学脱毒法是通过化学试剂使游离棉酚变性或转化为结合棉酚；生物脱毒法，是利用某些酶和微生物将棉酚转化为其他物质来实现脱毒；溶剂浸出法则是利用棉酚极易溶于有机溶剂的特点来提取棉酚，如双液相萃取工艺。

但上述方法不仅工艺格外复杂，还耗时耗力、效率低下。难道没有什么更简单、快捷、高效的办法来实现棉籽“脱毒”吗？有的，那就是基因编辑技术！

基因编辑技术是对作物内部存在的基因进行修饰的一种生物技术，比如敲除一些有毒的“不良基因”。目前应用最为广泛的基因编辑技术非CRISPR-Cas9莫属了，研究人员利用该技术来调控棉花中棉酚合成通路中的关键基因，降低棉酚含量，在源头上实现了“脱毒”。经过基因编辑的棉花再也不是“用毒高手”，而是可以榨取香喷喷棉籽油的经济作物！

这项技术成果离不开我国科研人员的钻研、奋斗：2019年12月，Plant Biotechnology Journal在线发表了河南大学宋纯鹏教授团队克隆首个棉花色素腺体定位基因CGP1并对其进行基因编辑的研究结果。研究人员发现在有腺体棉花品种中，RNAi干涉和CRISPR敲除CGP1基因后棉花都表现出无腺体表型。进一步分析结果显示，在cgp1突变体中，棉酚合成路径相关基因表达量下调，棉酚的含量显著降低。近期华中农大棉花遗传改良团队金双侠课题组也利用CRISPR-Cas12 a 系统成功敲除棉花腺体合成基因，获得无腺体、无棉酚的棉花，其棉籽油可以直接食用（见下图）。

A. 农杆菌筛选；B. 农杆菌侵染；C. 共培养；D. 愈伤诱导；

E. 胚状体形成；F. 获得再生苗；G. 再生苗生根；H. 再生苗移栽

农杆菌介导的棉花遗传转化流程（华中农大金双侠课题组提供）

总结来说，我们的科学家破译了棉花基因的“天然密码”。相信在不远的未来就可以打造出棉花界的“创收达人”—— 既抗虫害又产出无酚棉籽的特种棉。

田间的基因编辑棉花植株（华中农大金双侠课题组提供）

基因编辑的无腺体的棉铃与野生对照（华中农大金双侠课题组提供）

如此一来，富含蛋白质且产量极为丰富的棉籽就可以更多地被端上餐桌，既避免了资源浪费，又极大地补充了人类的食用来源，还能为改善全球饥饿危机出一把力！基因编辑棉花，温暖你的身，也能填满你的胃！