棉花(Cotton)是世界上最重要的天然纤维来源，也是重要的油料作物之一，在我国国民经济中占有重要地位。低温是限制全球棉花生产的重要非生物胁迫因素之一。棉花主要起源于热带和亚热带地区，属于非冷驯化作物，对冷胁迫非常敏感。栽培棉种经过长期的人工定向选择，现有品种的遗传背景相对狭窄，而经历自然选择的野生棉种具有多种优异特性和较高的抗逆潜能，对拓宽栽培棉种的遗传基础具有重要意义。本研究采用转录组测序技术方法获得冷胁迫和盐胁迫下瑟伯氏棉、克劳茨基棉、雷蒙德氏棉和三裂棉共四个D基因组野生种的转录组数据，构建了瑟伯氏棉冷胁迫应答的分子调控网络，筛选到一批耐冷候选基因；阐述了不同棉种在进化过程中相关基因序列和基因表达的变异，初步揭示耐冷等抗逆基因的物种进化模式；同时利用加权共表达网络分析(WGCNA)方法构建四个野生棉种在冷胁迫和盐胁迫下的基因共表达模式，挖掘组织特异性模块，进一步确定关键基因，为棉花野生种质资源在栽培棉花遗传改良中的应用奠定了理论基础。主要研究结果如下：
　　(1)瑟伯氏棉耐冷性鉴定和评价
　　通过表型鉴定，发现在4℃冷胁迫处理48h后没有明显的受害现象，表明瑟伯氏棉具有较强的耐冷性。通过检测生理生化指标变化，发现相对于冷敏感对照材料，冷胁迫处理下的瑟伯氏棉具有较低的电解质渗透率；体内积累较少的丙二醛和较多的脯氨酸和可溶性糖；同时具有较高的SOD和POD酶活性。从生理机制层面解释了瑟伯氏棉具有较高耐冷性的原因。
　　(2)瑟伯氏棉冷胁迫下全转录组分析及耐冷候选基因功能验证
　　通过对瑟伯氏棉冷胁迫下转录组数据分析，筛选到4226个差异表达基因。GO注释发现大部分DEGs被归类到生物过程、细胞组分和分子功能三大类别。KEGG分析发现植物激素信号转导途径(ko04075)被显著富集。转录组和qRT-PCR数据表明CBF4、ICE2等基因均显著上调表达。利用VIGS技术对CBF2和ICE2基因进行进一步功能验证，发现瑟伯氏棉基因沉默植株对冷胁迫更敏感。与野生型植株相比，基因沉默植株体内积累更多的丙二醛，而脯氨酸含量和SOD酶活性显著降低。结果表明，CBF4和ICE2基因在瑟伯氏棉冷胁迫应答过程中发挥了重要作用，可以作为耐冷候选基因，用于后续棉花耐冷性状的遗传改良等研究。
　　(3)棉属D基因组野生棉种抗逆基因的进化分析
　　通过对瑟伯氏棉、克劳茨基棉、雷蒙德氏棉和三裂棉四个野生棉种进行比较转录组分析发现，基于单拷贝基因家族构建的物种进化树结果显示A基因组与异源四倍体棉A亚基因组形成单系，D基因组与异源四倍体D亚基因组形成单系；异源四倍体D基因组与雷蒙德氏棉亲缘关系更近，进一步支持了雷蒙德氏棉是异源四倍体棉种D亚基因组供体种的论点。基于正向选择基因分析发现了数百个正选择基因，大部分正选择基因富集在响应刺激的GOterm，表明正向选择是野生棉种逆境适应性形成的一个重要的驱动力。根据基因表达模式将DEGs分为8个profiles，其中profile1、2和3基因的表达模式在不同物种间较为保守，相关基因富集在碳固定和代谢、植物昼夜节律和核糖体生物发生以及不饱和脂肪酸生物合成和DNA复制GOterm。Profile4～8表现出相当大的棉种特异性表达模式，推测这些基因的表达分歧与其物种分化有关。
　　(4)四个野生棉种冷胁迫和盐胁迫下的基因共表达网络分析
　　采用WGCNA方法构建了四个野生棉种在冷胁迫和盐胁迫下的基因共表达网络，发现了33个与棉种基因组特异性和抗逆性高度相关的模块。其中，Skyblue3模块中的基因表达与四个棉种的耐冷性和耐盐性显著负相关，并在该模块中鉴定出了一个Hub基因(RALF-like)和与其高度关联的15个基因，为后续研究提供了重要的候选基因资源。