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植物叶片呈色的原因是非常复杂的,直接原因是影响叶片呈色的花青素、叶绿素和类胡萝卜素三种色素在叶片中的比例和分布。花色素苷是叶色呈彩色的主要色素之一,多种因素影响花色素苷在植物中的累积和色素沉着,花青素生物合成途径及调控因子研究是彩色叶片和果蔬色泽形成研究的重点和热点。但是在重要经济作物棉花中研究叶色突变和彩色纤维色泽形成机理的研究较少,而且大多数棉花品种/品系叶色是绿色,纤维色泽是白色,通过棉花叶片颜色突变的呈色机理研究对改良彩色纤维色泽具有很重要的作用。1.本论文主要研究21个棉花叶色突变体的叶片和纤维呈色与花青素代谢的关系。测定21个叶色突变体叶片的花青素含量变化,结果表明红色或紫色叶片的花青素提取液明显比非红色或紫色叶片突变体的颜色深。棉花叶色突变体15天纤维中花青素含量分析表明纤维花青素的累积和含量高则纤维色泽深,但是叶片和纤维中花青素含量变化不一致。为了更好地研究陆地棉叶色突变体呈色机理,按陆地棉叶色突变体叶片花青素含量“高～中～低”筛选出8个实验材料做后续实验。2.通过棉花全基因组分析,研究了花青素合成途径中花青素合成和转运相关基因GhCHS、GhLAR和GhANR的结构和基因家族的保守性。从棉属CHS家族成员进化树构建结果表明LOC107914136是单独分支,与其他成员距离较远。一级结构理化性质分析结果表明陆地棉CHS的15个拷贝中,除LOC107914136等电点是7.11,其他均小于7。通过同源性分析、进化树构建、理化性质、跨膜结构域、三级结构建模等生物信息学分析表明,GhCHS、GhLAR和GhANR基因同源性高,保守型高。以该三个基因的保守区域为干涉的目标区段进行基因干涉研究,分析三个基因的功能。3.在筛选的8个陆地棉叶色突变体叶片和纤维不同发育时期中分析了GhCHS,GhANR,GhLAR基因的表达水平。该三个基因在白绿相间的花斑叶中表达量低,在紫色叶中的表达水平显著升高。在不同发育时期纤维中,三个基因在棕色纤维的紫花棉中表达极显著高。该研究结果表明这三个花青素通路合成和转运关键酶基因在棕色纤维色泽形成中起重要作用。4.本文构建了棉花GhANR,GhLAR,GhCHS基因干涉表达载体,通过病毒介导基因沉默(Virus induced gene silencing,VIGS)系统,获得大量彩色棉棕絮1号(ZX1)转基因干涉植株。检测了GhANR,GhLAR,GhCHS基因在GhANRi,GhLARi,GhCHSi株系纤维不同发育时期的表达水平,与对照相比,各干涉株系的基因表达量显著降低。测定分析了转基因干涉植株及对照幼叶、纤维种皮混合物、棉仁花青素含量变化,结果表明GhANR,GhLAR,GhCHS基因干涉株系幼叶和纤维中的花青素含量都比对照显著降低。通过对干涉株系的纤维色泽、目标基因表达水平和花青素含量的比较分析,结果表明干涉株系基因表达水平越低,花青素含量越低,相应的纤维色泽越浅,进一步说明GhANR、GhLAR和GhCHS基因在纤维中的花青素合成累积及纤维色泽呈色过程中起着重要作用。该研究为进一步研究棉花叶片和纤维呈色机理及培育出更多的多种颜色的彩色纤维的棉花品种奠定基础。