棉花是世界上主要的经济作物之一。棉花在生长过程中容易受到多种逆境胁迫,其中盐胁迫对棉花的产量影响严重。活性氧是植物生长发育过程中有氧代谢的副产物,可以作为信号分子广泛参与调控不同生物学过程。细胞内维持适量的活性氧可增强植物对逆境胁迫的耐受性,活性氧含量过低或者过高,会对植物产生抑制或毒害作用。因此,研究活性氧代谢过程对提高植物的逆境耐受力来说非常重要。目前,在棉花中,仅有个别活性氧代谢相关基因逆境功能的报道,没有在全基因组水平上研究盐胁迫活性氧代谢及其相关调控机制。本研究在全基因组水平上,鉴定了陆地棉活性氧代谢相关的3个基因家族:呼吸爆发氧化酶同源物(rboh)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)。分析了它们在棉花发育进程中时空表达特性和逆境条件下的表达模式,预测并探讨了在转录水平、转录后水平上棉花rboh、SOD、CAT基因的表达调控网络,验证了陆地棉ghr-miR414c和GhFSD1基因的靶向关系,及其盐胁迫条件下的生物学功能。主要研究结果如下:1、陆地棉SOD基因家族鉴定和分析。在陆地棉基因组中鉴定得到了18个GhSOD基因,分布在12条染色体上,编码Cu/Zn-、Mn-和Fe-SOD三类蛋白。对9种节点植物的系统发育进化分析,发现Mn/Fe-SOD的编码基因出现早于Cu/Zn-SOD,之后3类基因独立进化,同时Cu/Zn-SOD的编码基因取代Mn-SOD的编码基因成为优势基因。对GhSOD基因家族的表达特点分析,结果表明在陆地棉中该基因家族的表达具有时空特异性,同时受到多种逆境胁迫的诱导。对在转录后水平上可能调控该基因家族的miRNAs进行了预测,结果表明有20个陆地棉miRNAs靶向14个陆地棉SOD基因,绝大部分靶位点在编码区,个别在3’UTR,其中ghr-miR414c与GhFSD1之间可能存在靶向关系。2、陆地棉miR414c通过靶向GhFSD1基因调控活性氧代谢响应盐胁迫。从陆地棉中克隆了GhFSD1基因和ghr-miR414c的初级转录本,分析了它们在盐胁迫条件下的表达特性,发现ghr-miR414c表达量下调,而GhFSD1的表达上调,负相关的表达模式间接证明了ghr-miR414c和GhFSD1之间的靶向关系。利用组织化学染色、定量和5’RACE等技术,验证了ghr-miR414c对GhFSD1的切割降解。将GhFSD1基因和ghr-miR414c的初级转录本在拟南芥中过量表达,结果发现,35S::miR414c转基因植株对100和150mM NaCl处理反应敏感,而35S::GhFSD1转基因植株耐盐性提高。利用VIGS技术,将GhFSD1基因在陆地棉中沉默,发现与对照植株相比,GhFSD1沉默植株对盐处理反应敏感;在陆地棉中过表达ghr-miR414c,其对盐胁迫的反应与GhFSD1沉默植株相似。根据以上结果,我们提出ghr-miR414c通过调控GhFSD1的表达,提高棉花耐盐性的模型:在正常条件下,ghr-miR414c通过负调控GhFSD1基因表达,维持棉花体内活性氧代谢平衡;当棉花受到盐胁迫时,ghr-miR414c表达量下调,减弱了其对GhFSD1基因的抑制作用,使得GhFSD1基因表达上调,进而提高体内SOD酶活性,清除体内受盐胁迫诱导产生的过量ROS,以减轻盐胁迫条件下过量ROS对细胞的损伤,从而响应盐胁迫。3、陆地棉rboh基因家族鉴定和分析。陆地棉基组中含有26个Ghrboh基因,以不同的密度分布在18条染色体或scaffolds上。棉属不同种的rboh家族分为6个组,共线性和基因复制分析表明,陆地棉rboh基因家族扩张的主要来源是全基因组复制和染色体片段复制。对Ghrboh基因家族的表达特点分析,表明Ghrboh基因家族的表达具有时间和空间特异性,可能通过介导活性氧代谢参与棉花生长发育,在响应高温、低温、干旱和盐胁迫过程中Ghrboh基因家族发挥重要的作用。4、陆地棉CAT基因家族鉴定和分析。陆地棉CAT基因家族中含有7个成员,系统发育和共线性分析结果表明,GhCAT基因家族分为2个组,在植物进化过程中发生的全基因组复制或多倍体事件是CAT基因家族扩张的主要原因。表达谱分析表明,GhCAT基因家族的表达受到高温、低温、干旱、盐和黄萎病菌侵染等条件的诱导。此外,陆地棉CAT基因家族的表达受到可变剪接的调控,通过介导活性氧代谢,在棉花的生长发育过程和响应逆境胁迫过程中发挥作用。研究结果有助于探讨陆地棉中活性氧介导抗逆机理,加深对植物抗逆代谢通路的认识,为提高农作物胁迫抗性提供一定的理论参考。