【摘 要】
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棉花（Gossypium spp.）是世界上重要的纤维作物。陆地棉（Gossypium hirsutum L.）作为最主要的栽培棉种,其产量约占全球棉花的95%以上。棉纤维是纺织企业最主要的原材料,其品质决定着棉纺织品的质量以及纺织企业的命脉,因此,生产更多更好的棉纤维变得至关重要。纤维长度是品质的主要指标,为了改良陆地棉纤维长度,科研工作者付出了巨大努力,但其分子机制仍然有待完善。近年来,高通量
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棉花（Gossypium spp.）是世界上重要的纤维作物。陆地棉（Gossypium hirsutum L.）作为最主要的栽培棉种,其产量约占全球棉花的95%以上。棉纤维是纺织企业最主要的原材料,其品质决定着棉纺织品的质量以及纺织企业的命脉,因此,生产更多更好的棉纤维变得至关重要。纤维长度是品质的主要指标,为了改良陆地棉纤维长度,科研工作者付出了巨大努力,但其分子机制仍然有待完善。近年来,高通量测序技术不断发展,为生物学研究提供了新的方式。通过本研究,获得以下结果:1.根据纤维长度差异,从陆地棉中筛选出4份材料:69-6025-12和辽1779（短纤维棉）,601长绒棉和J02-508（长纤维棉）。通过扫描电镜,发现-1、0、1 DPA（day post-anthesis,开花后天数）三个时期,短纤维棉胚珠表面具有更多表皮细胞凸起。利用石蜡切片,发现3 DPA和5 DPA时,69-6025-12和辽1779的纤维丝排列密度很大,但是纤维长度不及长纤维棉。10 DPA时测量了纤维长度,结果表明601长绒棉和J02-508的纤维已经显著长于69-6025-12和辽1779。纤维成熟后进行品质检测,进一步确认了4份材料在纤维品质各项指标上的差异,同时发现衣分与马克隆值正相关,纤维长度、强度与衣分负相关。2.借助转录组测序（RNA-Seq）技术,对上述4份材料长绒纤维起始（-3～0 DPA）、短绒纤维起始（3～5 DPA）和纤维快速伸长（10 DPA）三个阶段进行了分析。差异表达基因（Differentially Expressed Genes,DEGs）的表达模式分析表明,长、短纤维材料都显著富集到持续下调（profile 0）和持续上调（profile 7）的表达模式。profile 0中有22个DEGs参与纤维起始,profile 7中有31个DEGs参与纤维伸长。功能注释结果表明这些DEGs,如ERF1、TUA2、TUB1、PER64等,参与乙烯响应、微管合成、编码过氧化物酶,从而影响纤维伸长。荧光定量PCR（q RT-PCR）结果验证了RNA-Seq数据的可靠性。3.陆地棉野生种纤维相对较短、粗糙且带有轻微棕黄色,而现代栽培棉纤维细长、强力高、色泽洁白。陆地棉驯化过程中,纤维表型产生了很大变异。为了阐明驯化对纤维长度的影响,本研究选取陆地棉遗传标准系TM-1和野生棉尤卡坦棉3号（YU-3）,利用i TRAQ蛋白组学方法,对10 DPA和20 DPA的纤维样品进行了分析。总共鉴定到6990个蛋白,其中336个在两个棉种之间存在显著差异。这些差异表达蛋白主要参与苯丙素生物合成、玉米素生物合成、脂肪酸伸长等代谢通路。同时,转录组与蛋白组之间的联合分析在10 DPA和20 DPA都展示出显著的正相关。此外,q RT-PCR分析、过氧化物酶（POD）酶活性检测以及玉米素（ZA）含量测定的结果,也验证了i TRAQ结果的可靠性。4.通过对24份陆地棉中HD-ZIP IV亚家族关键基因GhHD1的序列分析,发现该基因At亚基因组上存在7个规律性的SNP位点,通过SSCP标记,可对陆地棉材料进行GhHD1-At基因分型,并确定了其两种基因型Allele 1（A1）和Allele 2（A2）与纤维长度的关系——A1型的纤维长度显著优于A2型。q RT-PCR分析表明两种基因型在表达水平上没有显著差异,而蛋白结构预测发现两者第67位氨基酸存在差异,可能影响其DNA结合能力强弱,导致功能差异。本研究围绕纤维长度,开展了一系列表型观察,并选取表型差异显著的陆地棉材料,利用转录组和蛋白组学技术,对潜在分子机制进行了探究。推测驯化压力使苯丙烷代谢过程的能量转移到了玉米素和长链脂肪酸合成过程,促进了纤维长度的增加,并总结了一个GhHD1基因参与纤维起始和伸长过程的调控模型,为进一步开展GhHD1-At不同基因型的功能验证奠定了基础。
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