棉花是最重要的纤维作物与油料作物之一,具有明显的杂交优势。棉花杂交种在生长势上比亲本强,在抗盐碱、抗干旱以及抗病虫害方面表现出色,杂交后代的纤维品质与整齐度有所提高。利用棉花显著的杂交优势,对棉花增产、改良棉花种质资源至关重要。现阶段棉花雄性不育系利用、恢复系选育和育性相关基因筛选和克隆是培育优势杂交棉的有效途径之一。目前国内外已发现了多例棉花核雄性不育和质核互作雄性不育材料,也对育性相关基因进行分子标记和克隆等研究。但由于棉花基因组复杂,生长周期长,而且棉花是一个遗传转化比较困难的作物,存在转化周期长,基因型限制和再生植株变异频率高等不足,导致棉花遗传转化费力、耗时,严重阻碍了棉花育性相关功能基因的解析和利用,从而阻碍杂交优势的遗传机理的研究和利用。病毒诱导基因沉默技术因其高效、简便、省时等优势广泛应用于拟南芥、水稻、棉花等作物的遗传转化与功能基因分析,也为棉花基因功能的初步研究提供良好的研究平台和技术支持。本文在前期研究基础上,开展陆地棉(Gossypium hirsutum L.)育性相关基因的克隆和功能初步研究。前期工作完成了棉花雄性不育突变体ms1和背景植株C312野生型生殖器官的转录组分析,筛选了一些差异表达的基因,其中GhUGT3(UDP-glucosyltransferase)和(ribulose 1,5 bisphosphate carboxylase/oxygenase large subunit s-N-methyltransferase)在雄性不育突变体 和野生型表达差异显著,可能参与棉花的育性调控。本文主要针对GhUGT3和GhrbcMT,开展这两个基因生物信息学、基因表达模式和VIGS介导基因沉默,转基因株系基因表达分析等相关研究。基于病毒介导遗传转化体系CLCrV的载体系统构建病毒干涉载体pCLCrVA-GhUGT3和pCLCrVA-GhrbcMT,对棉花育性相关的基因GhUGT3和GhrbcMT进行功能分析。利用农杆菌侵染法转化病毒干涉载体至陆地棉中沉默内源GhUGT3基因和GhrbcMT基因的表达,对转基因干涉株系进行表型分析,基因表达分析,花粉活性检测,花药发育观察,叶绿素含量测定等,表明GhUGT3基因参与调控棉花小孢子发育过程中肼胝质的形成,同时探究胼胝质合酶各亚基之间的相互作用及对育性的影响。另一方面,也探究GhrbcMT基因在陆地棉生长发育过程中的调控作用。取得研究结果如下:(1)GhrbcMT属于非遗传物质甲基转移酶,氨基酸序列羧基末端同源性较高,且富含不完全的-LRX-亮氨酸基序,不存在信号肽序列和跨膜结构域。(2)在营养生长早期,GhrbcMTi株系生长缓慢,植株矮小,节间距缩短。在开花期GhrbcMTi株系雄蕊减少、花丝缩短、不能正常散粉,自交不育。花粉染色显示GhrbcMTi株系花粉活性差,表明降低GhrbcMT基因表达水平对棉花育性产生显著影响。(3)组织特异性表达分析表明GhrbcMT基因在叶片中优势表达,叶绿素含量测定显示GhrbcMTi株系叶片叶绿素含量与野生型没有显著差异,表明降低GhrbcMT基因在棉花中的表达水平对叶片叶绿素合成代谢没有显著影响,但是调控植株营养生长和生殖发育。(4)GhUGT3是糖基转移酶家族I主要成员,是组成胼胝体合酶的亚基之一,参与肼胝体的合成。在氨基酸序列羧基末端包含保守的PSPG基序,推测PSPG基序是底物结合位点。(5)GhUGT3i株系在开花期出现不育表型,花丝少、完全不散粉或部分不散粉,花粉活性检测显示GhUGT3i株系花粉容易破裂,花粉活性低。通过四分体染色表明GhUGT3i株系四分体发育异常,胼胝质壁薄,四个小孢子界限不分明,出现融合、凝聚和不规则形状等。表明GhUGT3基因可能参与调控胼胝质合成过程。(6)胼胝质各亚基的基因表达分析表明GAUGT3降低时,GhSusC的表达水平显著降低,GhROP1的表达水平也显著下降,GhANN3表达水平显著上升。对GhSusC进行组织特异性分析表明GhSusC在雄蕊和柱头中优势表达,由此推测GhROP1、GhSusC、GhANN3与GhUGT3在胼胝质合成过程中存在相互协调作用并影响育性。结果表明:陆地棉GhUGT3基因编码的UDP-糖基转移酶、SusC、ROP1参与棉花胼胝质的合成并且在胼胝质合成过程中,UGT3与SusC、ROP1、ANN3可能相互调节。GhrbcMT基因可能通过影响植株的营养生长,从而影响植株开花结铃,导致育性变化。