植物在生长发育过程中会受到来自真菌、细菌、病毒、线虫等病原物的侵害威胁。例如，棉花黄萎病就是由黄萎病菌（Verticillium dahliae）引起的维管束病害。在棉花枯萎病得到控制后，抗黄萎病就成为棉花产量和品质保证的重要瓶颈。棉花黄萎病是一种经过土传的维管束棉花病害，采用生物技术和常规育种方法相结合，分离棉花抗病相关基因，培育并种植抗病品种是当前防治棉花黄萎病害的一个可能的有效途径。本研究以棉花（Gossypium hirsutum）作为实验材料，研究探讨了3类可能与棉花抗病相关基因的表达调控及功能。取得如下主要研究结果： 1.DIR是一种与木质素合成有关的基因，在植物抗病中起作用。本研究从棉花cDNA文库中分离了2个DIR蛋白基因，GhDIR1和GhDIR2。在GhDIR1基因的结构中没有内含子。序列分析表明：GhDIR1的编码蛋白由190个氨基酸组成，而GhDIR2编码197个氨基酸的多肽，这两个编码产物都含有DIR结构域等重要基序。RT-PCR分析表明：GhDIR1在棉花下胚轴中优势表达，它的转录物也在棉花根、子叶、叶片、茎、花药、纤维和胚珠中积累，而在棉花花瓣中没有检测到表达信号。GhDIR2在棉花纤维中特异表达，且受纤维发育阶段调节，在棉花其它组织中都没有检测到该基因的表达信号。 2.将GhDIR1基因在棉花中过量表达，获得30多株转基因棉花植株。分析表明，转基因棉花株系下胚轴和茎中的木质素含量比野生型增多，特别是株系9（L9）下胚轴和茎中的木质素含量大约是野生型的2倍。转基因棉花感染黄萎病菌后，与野生型相比，转基因植株对黄萎病具有较强的耐受性。而且，感病后转基因棉花茎中的木质素层比野生型中的厚。上述结果说明棉花DIR1基因可能在木质素聚合和植物抗病过程中发挥作用。 3.多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白（polygalacturonase-inhibiting protein，PGIP）是一种胞外LRR（leucine-rich repeat）蛋白，能专一性地抑制真菌的内切多聚半乳糖醛酸酶活性。本研究从棉花cDNA文库中分离了1个PGIP-Like蛋白基因，命名为GhPS1。该基因的编码产物由370个氨基酸组成，与其它已知PGIP氨基酸序列具有较高的同源性。GhPS1在棉花花瓣中特异表达，而且随着花瓣的发育该基因的表达不断上调，在开花当天该基因的表达量达到最高。然而，当花瓣开始凋亡时该基因的表达水平急剧下降。GhPS1蛋白的亚细胞定位主要在细胞膜和细胞质中。为了研究该基因是否具有抗病功能，我们将GhPS1在原核生物中表达，得到具有生物活性的蛋白，对棉花黄萎病菌进行抑菌圈实验，结果表明该蛋白不影响病菌的生长。综上所述，GhPS1基因可能在棉花花瓣发育过程中发挥功能，而在抗病过程中不起作用。 4.GASA超大基因家族特异地存在于植物中，它们参与激素应答、抗病反应和植物发育等生命活动。它们的编码蛋白具有共同的结构特征：一个潜在的N端信号肽序列，高度分歧的中间区域，以及高度保守的C端序列。在大约60个氨基酸的C端序列中最保守的是12个半胱氨酸残基。为了研究棉花GASA基因是否在抗病反应或激素应答过程中发挥功能，我们从棉花cDNA文库中分离了3个GASA基因，命名为GhGASA1，GhGASA2和GhGASA3。本文着重对GhGASA1基因进行了探讨。RT-PCR和Northern杂交分析表明GhGASA1在棉花胚珠中优势表达，并且受到胚珠的发育调控，在15 DPA的胚珠中表达量最高。GhGASA1表达也受到冷和赤霉素的诱导。为了研究这类基因是否参与棉花抗病过程，我们将GhGASA1的过最表达和RNAi载体通过农杆菌介导转入到棉花中，已经得到10多个过量表达和4个RNAi转基因株系，这为以后的工作奠定了基础。