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棉花是世界上重要的经济作物与纺织原材料之一,提高其产量、纤维品质和抗逆性始终是育种工作的重要目标,但这些性状都是复杂的数量性状,受微效多基因和环境的共同作用,遗传机理复杂。目前,国外棉花育种工作已经进入常规育种手段与分子标记辅助育种相结合的3.0育种时代。我国棉花育种工作者利用常规育种手段已经培育出一些产量、品质和抗逆性等综合性状优良的品种并在生产中发挥出重要作用,但利用分子育种进行品种改良与国外相比还有很大差距,还停留在2.0杂交育种阶段。随着我国棉花让地于粮向旱薄盐碱地转移以及纺织工业对中高端原棉需量的增加,培育高产优质抗逆新品种是产业发展重大需求。因此,挖掘与重要目标性状紧密连锁的有效标记和功能基因是棉花分子育种改良的关键。本研究以课题组育成的农大棉13号（NDM13）和农大601（ND601）为亲本构建的重组自交系（RIL）群体和陆地棉核心种质为材料,利用高通量测序技术挖掘群体多态性SNP位点,多环境鉴定产量、纤维品质和抗逆（耐盐、耐低磷）性状,并进行定位分析,挖掘优异遗传位点,明确优异位点在染色体上的分布规律,验证候选基因的功能,筛选产量、品质和抗逆等性状表现优异的新材料,研究结果可为利用分子育种手段培育综合性状优良的新品种提供新标记、新基因和新材料。主要研究结果如下:1.构建了密度最高的陆地棉种内分子连锁图谱并发掘出产量、品质性状新的QTLs。基于全基因组重测序,筛选到23.29万个在优质品种NDM13和高产品种ND601之间具有多态性的SNPs,利用滑窗法得到6737个bin标记,以此构建了含有6187个bin标记、全长4478.98 cM、相邻标记间平均距离为0.72cM的高密度SNP遗传图谱。在3年8个环境鉴定了 5个产量性状、8个品质性状,近似正态分布。定位分析共鉴定到152个QTLs,其中1 19个为新QTLs;进一步分析发现,QTLs在染色体上呈不均匀分布的状态,定位在Dt亚组上的与纤维品质性状相关的QTLs多于At亚组,其中D02上含有最多的QTLs。在鉴定出的QTLs中,有24个与品质、12个与产量性状相关的QTLs在多个环境下可被重复检测到;发现3个与纤维长度、纤维强度相关的主效QTLs（qFL-D02-1、qFL-D02-4、qFS-D11-1）,其表型变异解释率大于10%;利用两个亲本的纤维发育不同时期转录组数据,分析上述3个QTLs及1个与衣分相关的稳定QTL（qLP-A03-1）内的候选基因,共获得7个差异表达基因,说明这些基因可能与纤维品质相关。筛选到1个优异株系,其含有3个主效QTLs且产量、品质表现优良。2.挖据出耐盐、耐低磷性状新遗传位点,筛选出优异抗逆种质。在田间和室内共5个环境下鉴定了 RIL群体的耐盐性,发现相对萌发率近似正态分布。QTL定位分析共鉴定到11个耐盐相关QTLs,除A03和A13含有2个QTLs外,A01、A04、A05、A07、A08、D01和D09均只有1个,其中4个为新发现的QTLs,位于A03、A04、A05、A07,qRGR-A04-1是一个在5个环境下均存在的主效位点,表型变异解释率在6.1 1%～12.63%。筛选出5个耐盐株系,为耐盐育种提供了新材料。鉴定了陆地棉核心种质苗期地上部干重等10个耐低磷相关性状,发现地上部干重变异系数最高,且与其他各性状均呈显著正相关,因此将地上部干重作为棉花苗期耐低磷能力筛选与鉴定指标,并筛选出10个耐低磷材料。进一步利用课题组前期重测序获得的366万多个高质量SNPs对地上部干重进行全基因组关联分析,共检测到102个显著关联SNPs,在At、Dt亚组上分别检测到64个、37个,其中27个SNPs可稳定检测到,分布在A01、A08、A10、A12、D07和D11。发现现代品种拥有更少的耐低磷变异位点,说明在育种过程中忽视了对耐低磷性状的选择,从而造成耐低磷遗传位点丢失。3.鉴定出2个耐盐、1个耐低磷基因并验证了基因的功能。结合耐盐转录组数据和实时定量表达分析,在qRGR-A04-1区域内筛选到2个受盐胁迫诱导且显著差异表达的候选基因GhGASA1和GhADC2。在拟南芥中超表达发现转基因拟南芥在盐胁迫下的种子萌发率、幼苗存活率和鲜重等表型显著降低。进一步分析发现转GhGASA1拟南芥中与赤霉素合成相关基因的转录水平显著降低;转GhADC2拟南芥中与多胺合成相关基因的转录水平显著降低,而参与多胺分解代谢的基因表达水平显著升高,使得多胺含量降低,H202含量升高。在棉花中分别沉默两个基因,沉默株系的耐盐能力均显著提高,TRV:GASA1中与赤霉素合成相关的基因上调表达,TRV:ADC2中的H202含量则呈下调趋势,和转基因拟南芥的试验结果相呼应。推测GhGASA1和GhADC2可能是qRGR-A04-1的候选基因并分别通过赤霉素和多胺信号途径响应盐胁迫针对耐低磷性状,在D11染色体显著关联的SNPs区域内筛选到一个候选基因Gh D11G2219,该基因在缺磷条件下被诱导表达且在耐低磷材料中的转录水平显著高于低磷敏感材料;在棉花中沉默该基因后,沉默植株的株高、地上部干重和地下部干重等表型性状均显著低于对照材料,表明Gh D11G2219受低磷胁迫诱导表达并可能作为一个正调控因子响应棉花苗期的低磷胁迫。综上,本研究创制了一套遗传背景清晰、性状变异广、规模最大的RIL群体,构建了目前密度最高的陆地棉种内SNP分子连锁图谱;筛选出16份高产优质抗逆棉花新材料;鉴定出28个与产量品质、1个与耐盐、27个与耐低磷性状相关的新的且稳定存在的遗传位点,其中4个QTLs的表型变异解释率大于10%;揭示了重要性状优异遗传位点在染色体上的分布规律,发现A03、A04、A05和A07染色体同时存在与产量、品质、抗逆相关的优异位点;筛选出7个与产量品质、2个与耐盐、1个与耐低磷性状相关的候选基因,并验证了3个抗逆基因的功能。研究结果为棉花高产、优质、多抗分子育种提供了新理论,为通过分子育种培育综合性状优良的新品种提供了新位点。