北京大学朱玉贤团队:让棉纤维“长高”三毫米

“棉纤维的伸长有点像我们盖房子，乙烯通过调控果胶来控制纤维伸长，就如同撑起了一个‘脚手架’，有了它才能够承接细胞壁‘建筑材料’纤维素，细胞才能够快速伸长。”北京大学蛋白质与植物基因研究国家重点实验室主任朱玉贤院士说。“我国是世界第一产棉大国，年产量约在四五百万吨，但是每年仍然需要从美洲进口约100万吨的原棉，主要原因是我国棉花的品质偏差。”朱玉贤说。我国生产的棉花纤维平均长度不足3厘米，而美国产的棉花平均长度为3.3厘米。这0.3厘米的微小差距，实际上带来很大的影响。纺织品中必须有1/3以上的棉花纤维长度大于3厘米，否则纤维之间的接头太多，生产出来的棉布会很毛糙。每年大量地进口原棉，造成国产原棉积压，影响了棉花产业的可持续发展。因此，研究棉纤维的伸长机制具有十分显著的意义。十余年来，朱玉贤和他带领的团队攻克了一个个难关，通过功能基因组研究发现乙烯能够促进纤维细胞伸长，这前所未有的研究结论为提高我国棉花的产量和品质奠定了理论基础，也使我国的棉花研究达到世界的领先水平。“乙烯是一种植物激素，棉花本身就含有这种激素，通过基因工程提高乙烯的释放量，能够促进棉纤维的细胞伸长。”早在1998年，朱玉贤就开始从事棉纤维的研究，最初他制作了棉花芯片，将野生型陆地棉和它的无纤维突变体进行比较，希望能够找到两者在基因表达上的差异。研究结论让他大为吃惊：比较芯片中的12000多个棉花基因，居然5000多个基因表达有明显的不同。如何才能获得控制棉纤维伸长的关键基因呢？研究一度陷入困境。关键时刻，朱玉贤深厚的生物化学背景帮了他的忙：何不放弃研究单个基因表达，而转向研究高表达的生化途径呢？2005年，朱玉贤及其团队通过生物信息软件来系统性地检测纤维发育期间表达特异性升高的代谢途径，最终发现，乙烯是其中最显著的生化途径。研究结论的出炉让人喜出望外。随后的几年时间里，朱玉贤的团队经过坚持不懈的研究，相继得出了超长链脂肪酸调控乙烯合成，乙烯通过调节果胶多糖生物合成来控制纤维伸长等重大发现。2010年，中国农科院棉花所的栽培试验进一步证实了朱玉贤的研究结论，在纤维显著伸长的10个株系中，有8个都来自他的实验室，其中效果最好的品种纤维平均长度为31.49毫米，比原始长度提高了约3毫米。朱玉贤对这个实验结果仍然感到一丝遗憾，他计划把实验得到的转基因品种与生产上大面积推广的长纤维品种进行杂交，期望能够进一步提高棉纤维的长度，为整个棉花产业做出贡献。（人民日报）