棉花纤维由胚珠表皮的单细胞发育而来,是研究植物细胞伸长和细胞壁发育的良好材料。纤维细胞伸长伴随着初生细胞壁和次生细胞壁的合成,细胞壁性质能够决定成熟纤维的品质,因此解析细胞壁相关基因的功能对棉花纤维品质改良研究具有重要意义。植物中,Expansin蛋白是第一个被发现的细胞壁伸展蛋白,在植物发育过程中起着重要作用,酸性条件下可以介导细胞壁的松弛并促进细胞伸长。本实验前期对Expansin家族的蛋白进行了初步的功能和结构研究,验证了一个编码α类Expansin蛋白的基因Gb EXPATR的功能,也尝试用结构生物学手段解析了一个EXLA类型的蛋白GhEXLA1的结构,但是围绕GhEXLA1的功能还未展开深入的研究。本研究克隆了GhEXLA1基因并对棉花进行稳定的遗传转化,获得两个超表达株系。通过对转基因超表达材料的表型考察,转录组的比较分析,以及各种生化实验,丰富和完善了GhEXLA1基因的生物学功能及GhEXLA1作用于细胞壁的生化基础。本研究主要结果如下:1.GhEXLA1在棉花的根、花瓣和胚珠中优势表达利用Cotton FGD的Analyze功能,查找关键词Expansin并找出所有EXLA的基因和组织表达量。发现GhEXLA1在根、花瓣和胚珠中优势表达。利用NCBI的BLAST功能寻找GhEXLA1的同源蛋白,表明GhEXLA1与拟南芥At EXLA1、可可Tc EXLA1、水稻Os EXLA1同源度较高。2.GhEXLA1蛋白糖基化位点鉴定及多糖结合测验GhEXLA1蛋白序列具有Expansin蛋白典型的保守结构域,其N端具有17个氨基酸的信号肽,18到137位构成Domain 1、145到259位构成Domain 2,两个结构域由7个氨基酸连接。由于昆虫细胞表达的蛋白条带大于预测大小,猜测GhEXLA1具有翻译后修饰情况。网站预测到GhEXLA1第99位天冬酰胺（N）是糖基化修饰位点,将该位点突变成谷氨酰胺（Q）,发现突变后的蛋白条带更符合预测的蛋白分子大小。利用特异识别糖基化修饰位点的PNGase A蛋白酶对野生型蛋白和突变蛋白进行酶切反应,发现野生型蛋白能被切割,但突变蛋白没有变化。进一步利用质谱检测野生型蛋白和突变蛋白的差异,发现两种蛋白的分子量相差1.37k Da,极为可能就是GhEXLA1上的糖链大小。进一步地对检测了GhEXLA1蛋白与6种细胞壁多糖的结合能力,发现GhEXLA1蛋白能够特异性结合鼠李糖半乳糖醛酸Ⅰ,说明GhEXLA1极有可能作用于细胞壁的果胶,来改变细胞壁特性并影响细胞伸展。3.GhEXLA1促进转基因棉花根的伸长对获得的GhEXLA1的超表达棉花材料进行拷贝数和表达量的筛选,最终获得两个稳定遗传的单拷贝的株系。表型考察结果表明GhEXLA1超表达后能够显著促进棉花幼苗根的伸长,但是减小了成熟种子的大小,对纤维的长度有一定程度但不显著的促进作用。通过不同材料根组织的比较转录组分析,发现超表达GhEXLA1后活性氧相关基因和生长素调节相关基因的表达量升高,这些正向调控根发育的基因上调表达可能促进了棉花根的伸长。