棉花是世界上重要的纤维作物,如何提高棉纤维的生产水平,是我国棉纤维生产面临的主要问题之一。发掘棉纤维调控基因、掌握基因调控机制对棉花遗传改良和指导棉花生产具有重要意义。在棉花中,乙烯是棉纤维发育过程中重要的激素调节剂。外源施加适量乙烯促进了纤维的生长,但通过改变内源乙烯来研究棉纤维发育的报道较少。拟南芥酪蛋白激酶PK1及其等位突变基因PK1D128N能够分别造成拟南芥乙烯含量下降或乙烯三重反应,而影响植物体内的乙烯的含量,调控植物的生长发育。为了创制棉花内源乙烯含量发生改变的稳定遗传材料,本研究进行了以下研究并得出一些乙烯影响纤维发育的分子调控网络。主要研究结果如下:1.PK和PK1D128N分别与GhACS-1和GhACS2在体内体外互作通过酵母筛库,以BD-PK1为诱饵,在陆地棉纤维组织c DNA库中筛选到了两个靶蛋白GhACS-1和GhACS2。克隆这两个基因的全长c DNA后,通过酵母双杂交和BiFC技术验证了PK和PK1D128N分别与GhACS-1和GhACS2在体内外能够互作。2.GhACS-1和GhACS2基因正向调控纤维发育利用VIGS技术在陆地棉中沉默GhACS-1和GhACS2基因,电镜扫描观察1DPA胚珠,发现沉默后的棉花胚珠上纤维的起始要比阴性对照的慢,统计成熟纤维的长度后发现,沉默的GhACS-1或GhACS2基因的棉花纤维显著要比对照棉花上的纤维短（p-value＜0.01）。表明GhACS-1或GhACS2可能正向调控纤维的生长发育。3.转PK1和PK1D128N基因棉花影响纤维伸长期过程中乙烯含量的下降和积累为了研究PK1和PK1D128N是否能够在棉花中异源表达影响乙烯的生物合成。使用纤维特异启动子RDL1驱动PK1和PK1D128N基因,分别转入陆地棉ZM24。qRT-PCR和半定量的方法检测了这两个目的基因在各自转基因棉花中5、10、15、20和25DPA时期的表达量,发现PK1和PK1D128N基因主要在5-15DPA即纤维伸长期表达。Western Blot也检测到在OE-PK1D128N棉纤维中有较多的蛋白积累。检测了棉纤维5和15DPA时期ACC含量和乙烯的释放量,OE-PK1棉花中5DPA时期,ACC和乙烯含量相对于ZM24棉花减少,而OE-PK1D128N棉花在5DPA时期ACC含量和乙烯都极显著高于对照ZM24棉花,在15DPA时,虽然ACC含量显著少于ZM24,但其乙烯的释放量为对照棉花ZM24乙烯释放量的4倍。4.转PK1和PK1D128N基因棉花响应乙烯生物合成抑制剂和乙烯前体物质对三种棉花材料进行不同浓度的ACC和AVG处理,发现OE-PK1和ZM24棉花胚珠纤维在乙烯前体物质ACC处理下,纤维发育得到促进作用,而现OE-PK1D128N棉花胚珠纤维则因为本身能产生过度的乙烯而受到ACC的抑制作用。相反,使用乙烯生物合成抑制剂AVG对转基因材料胚珠进行离体培养处理,发现OE-PK1和ZM24棉花胚珠由于自身的低乙烯释放量水平,在AVG处理下,纤维的发育更加受到抑制作用,而OE-PK1D128N棉花纤维所释放的过量乙烯被AVG抑制,其乙烯释放量因此降到一个适宜的浓度,对纤维发育具有促进作用。这些结果说明,PK1和PK1D128N基因确实影响了棉纤维中内源乙烯的释放量。5.RNA-Seq发掘响应乙烯变化的基因及其功能分析为了发掘内源乙烯含量下降或者上调后,棉纤维中响应乙烯变化的基因,对15DPA时期的棉纤维进行RNA-Seq。差异表达基因分析发现在乙烯含量下调后,有4319个基因差异表达,其中1621和2698个基因在OE-PK1棉花中上调和下调,GO富集分析发现这些基因与植物次生壁细胞生物合成,过氧化物酶活性以及木质部发育相关;而在OE-PK1D128N中,分别有1698上调和4698个下调基因,这些基因主要富集在微管发育,驱动蛋白,鼠李糖半乳糖醛酸I侧链代谢过程,纤维素合酶,阿拉伯糖生物合成过程等通路。通过韦恩图分析,分别找到了对低（或高）浓度乙烯敏感而对高（或低）浓度乙烯不敏感的基因791（或2841）个,这些基因主要富集在“类黄酮生物合成”和“植物激素信号转导”和“苯丙素生物合成”和“果糖和甘露糖代谢”途径,也发掘到了分别有237和230个基因表达趋势与乙烯的浓度呈正相关或负相关,正相关基因主要富集纤维素合酶活性和种子毛分化的次生细胞壁生物发生,而负相关基因主要富集在“角质生物合成”、“血红素结合”和“氧化还原酶活性”等通路。