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棉花纤维根据其长度可以分为长绒（Lint）和短绒（Fuzz）。目前对棉花纤维的研究主要集中在长绒的发育方面,而对短绒发育的研究鲜有报道。二倍体亚洲棉是研究纤维发育的理想模式棉种。开展亚洲棉光籽（无短绒,Fuzzless）种质的遗传多样性研究,对理解棉花纤维发育机制具有重要的理论意义和育种价值。本研究以215份亚洲棉自然群体以及其中的一个无短绒突变体（GA0149）及其野生型（GA0146）为材料,利用传统遗传学、全基因组关联分析（genome-wide association studies,GWAS）及分子生物学等方法,鉴定到控制短绒发育性状的候选基因Ga FZ,并详细地研究了Ga FZ的作用机制。具体结果如下:（1）亚洲棉光籽（无短绒）性状的遗传学分析利用55份亚洲棉（Gossypium arboreum）短绒突变体材料作为母本与同一父本材料石系亚1号分别进行杂交,获得55个F1群体,并进行光籽性状显隐性遗传分析,然后选择其中15个F1进行自交,获得相应F2群体并进一步分析光籽性状的分离规律。结果表明,37.5%的光籽材料呈显性遗传,62.5%的光籽材料为隐性遗传;GA0149和横峰铁籽材料光籽性状受显性单基因控制,常紫1号光籽性状受隐性单基因控制,大部分材料的光籽性状均由两对基因控制,并且存在基因互作和显性上位效应,其中8份材料控制光籽性状的基因具有显性抑制作用,4份材料控制光籽性状的基因具有互补效应。数量性状间的相关性分析表明光籽性状与叶茸毛呈显著负相关,部分组合光籽与衣分呈负相关性,在一些杂交组合中光籽性状与叶面积呈正相关,与棉酚数呈负相关。（2）亚洲棉种子短绒和叶茸毛性状的GWAS分析本研究调查了215份亚洲棉自然群体的光籽和叶茸毛性状,利用群体的SNP、插入/缺失标记（Insertions and Deletions,In Dels）和拷贝数变异（Copy Number Variation,CNV）标记进行全基因组关联分析（GWAS）。结果鉴定到19个与叶茸毛显著关联的SNP位点、39个与种子短绒性状显著关联的SNP位点、一个同时与叶茸毛和短绒性状显著关联的大片段的缺失(lar INDELFZ)。其中lar INDELFZ与SNP关联的最高位点(SNPFZ)重合,均位于Chr8号染色体末端约600kb的GWAS区间,说明该区间与光籽性状和叶茸毛性状密切关联。该区间共包含8个基因,与短绒性状相关联的强信号SNPFZ(-log10P=18.95,Chr08:862,509 bp)位于一个编码凯氏带膜蛋白（CASP）基因（Ga08G0117）的内含子中,而lar INDELFZ(-log10P=33.60,Chr08:～885,000 bp)则位于一个未知基因Ga08G0121（命名为:Ga FZ）的上游区域,两者距离～17Kb,群体分型结果表明lar INDELFZ标记更可能显著与叶茸毛和短绒性状相关。（3）lar INDELFZ插入片段的序列特征及其与性状的连锁关系为了明确插入片段的精确位置,在Chr8染色体的～880 kb至～903 kb区间设计了19对连续的重叠引物,以短绒突变体GA0149(包含lar INDELFZ)及其野生型GA0146(不含lar INDELFZ)基因组DNA为模板分别进行扩增,发现仅有SV6号引物扩增片段存在差异。随后分析发现GA0149基因组上存在一段约为6.2 kb片段的插入,并且该序列可能是由附近重复序列扩增引起。为了进一步验证该片段与性状的连锁关系,利用GA0146和GA0149配制F2分离群体,通过PCR鉴定F2子代的插入片段有无,结合相应的光籽和叶茸毛性状,结果显示纯合光籽（无短绒）:杂合光籽（无短绒）:纯合毛籽（有短绒）的比例为1:2:1（卡方检验,P=0.192）,表明GA0149的光籽性状为典型的显性单基因控制。而该插入片段与GA0149光籽性状紧密连锁。同时具有长片段插入的材料叶茸毛数显著少于没有长片段插入材料的叶茸毛数（P<0.0001）,说明lar INDELFZ片段与两个性状均密切连锁。（4）lar INDELFZ调控Ga FZ基因表达分析为了进一步明确控制GA0149短绒发育的候选基因,通过转录组和RT-PCR分析发现,与GA0146相比,Ga08G0121（Ga FZ）在GA0149短绒起始期（+3 DPA至+5 DPA）特异高表达,而候选区间其他7个基因均不存在显著差异。表明Ga FZ可能是调控短绒发育的关键基因。同时发现在GA0146和GA0149之间,除lar INDELFZ以外,Ga FZ基因区间及其侧翼序列上还存在另外4个序列变异。Ga FZ基因上游启动子活性分析和不同长度的lar INDELFZ插入片段荧光素酶活性分析实验证明,lar INDELFZ的插入可能是造成Ga FZ基因在突变体材料GA0149高表达的原因。顺式作用元件分析证明lar INDELFZ可能作为一个远端增强子来调控光籽基因Ga FZ的表达。（5）Ga FZ转基因植株表型调查分析Ga FZ是一个仅含有单个外显子而没有内含子且没有功能注释的基因。亚细胞定位结果显示Ga FZ在细胞核和细胞膜上均有表达,说明该蛋白可能是穿梭蛋白。构建Ga FZ超表达载体并转化拟南芥和棉花,表型调查结果显示转基因拟南芥叶茸毛的发育受到了显著抑制;同时转基因棉花株系的茎毛、叶茸毛和短绒的发育均受到了不同程度的抑制。因此,我们推测Ga FZ负调控叶茸毛和短绒的发育。（6）Ga FZ与MBW-GL2（R2R3-MYB/b HLH/WD40-GL2）系统及下游超长链脂肪酸延伸（very-long-chain fatty acid elongation,VLCFAE）途径相关基因调控关系分析对GA0149和GA0146两个材料4个纤维发育时期（0 DPA、+3 DPA、+5 DPA、+8 DPA）的胚珠和纤维组织进行转录组测序分析发现,MBW-GL2系统的亚洲棉同源基因Ga WER、Ga HOX1、Ga HOX2、Ga HOX3、Ga DEL65和Ga WD40在两个材料中表达差异均不显著。另外,拟南芥同源基因At GL1、At GL3和At TTG1的m RNA转录水平在拟南芥野生型和Ga FZ超量表达株系之间差异也不显著。此外,酵母双杂交实验表明Ga FZ与MBW-GL2系统在蛋白水平上均不存在互作。GUS酶活和荧光素酶实验进一步证明,Ga FZ也不影响Ga GL2的表达。以上结果说明,在亚洲棉中,Ga FZ可能独立于MBW-GL2系统调控叶茸毛和短绒的发育。进一步分析棉花和拟南芥转录组结果发现,参与超长链脂肪酸延伸途径（ko00062）中的关键基因3-酮脂酰-Co A合成酶（3-ketoacyl-Co A synthase,KCS）基因及蜡质、角质和软木质合成途径（ko00500）的基因在短绒突变体GA0149和Ga FZ超量表达株系中表达量显著降低。说明Ga FZ可能直接抑制了下游VLCFAE途径,进而降低角质层、软木质和蜡质的含量,负调控亚洲棉叶茸毛和短绒的发育。