棉花是世界上重要的天然纤维生产作物,棉纤维的质量与产量是推动棉纺织产业经济发展的主要动力。我国棉产品消费位于世界前列,但棉纤维品质较差,在纤维细度、强度和长度上仍具有较大的提升空间。棉纤维主要是由纤维素、半纤维素组成,近年来研究发现棉纤维发育过程中存在大量的苯丙烷化合物,苯丙烷代谢途径被认为是仅次于纤维素合成的第二大代谢途径,该途径可能对棉纤维的发育及品质形成具有重要的影响。苯丙烷代谢途径产生的次级代谢产物包含木质素、木脂素、黄酮等各类物质,其中木脂素类化合物是由苯丙素小分子聚合而成的一类植物雌激素,许多植物的木质部、根、茎、叶中均发现含有木脂素类化合物,其不仅具有一定的细胞毒性和植物毒性,还可以促进植物防御病虫害。PCBER是合成苯丙烷物质——木脂体的关键酶基因,主要存在于木本植物细胞中,在棉花各组织器官中均有表达,目前木脂体在棉花中存在的具体形式还不清楚。本研究对棉纤维中的木脂素类化合物进行分离鉴定,以分析木脂体以何种形式存在于棉纤维中;同时将GhPCBER基因转化拟南芥和棉花,探究GhPCBER基因表达水平的改变对棉花苯丙烷物质含量的影响,挖掘苯丙烷类物质在棉纤维发育过程中的作用。结果如下:1.以白棉纤维为材料,采用相似相溶原理,以有机溶剂乙醇作为提取液提取棉纤维中有机化合物,合并提取液旋转蒸发得到浸膏;结合硅胶柱层析、薄层层析将所得浸膏粗分成A1、A2、A3、A4四个组分;经薄层层析检验分析后,选取含木脂素类化合物较多的A2组分,通过纯化制备色谱进一步分离得到5个化合物,核磁波谱分析发现5个化合物中均含有一定杂质,需进行进一步的分离,然后鉴定其结构。2.成功构建了GhPCBER基因的过表达载体pGWB17-GhPCBRE,利用蘸花法浸染拟南芥,PCR检测获得6个过表达转基因株系。qRT-PCR分析表明GhPCBER基因在1、2、3株系中的表达量较高,在茎、叶组织中明显表达。与野生型植株相比,转基因拟南芥茎、叶中木质素、木脂素和黄酮化合物的含量均显著降低;苯丙烷代谢通路中相关基因的qRT-PCR分析发现,GhPCBRE基因的过量表达导致苯丙烷代谢途径发生重新定向。3.利用VIGS技术构建基因沉默载体pTRV2-GhPCBER;经注射浸染棉花幼苗获得GhPCBER基因沉默棉花植株;qRT-PCR分析发现沉默棉花植株茎、叶中的表达量分别比野生型约下降了12%和26%,表明烟草脆裂病毒(TRV)体系成功抑制了棉花中GhPCBER基因的表达。与野生型植株相比,沉默棉花植株茎、叶中木质素和木脂素以及叶片中黄酮含量显著降低;组织化学染色观察发现,沉默棉花植株茎秆颜色明显较浅,表明沉默基因棉花植株茎秆中的木质素含量减少;苯丙烷代谢通路中相关基因的qRT-PCR分析发现,GhPCBRE基因的抑制表达也导致苯丙烷代谢途径发生重新定向。由于基因沉默使得棉花次级代谢产物含量发生改变,引起沉默棉花植株抗病性降低,其病情指数相比于对照植株(69.06)升高至80.13。4.通过CRISPR/Cas9基因编辑技术对GhPCBER基因进行编辑,成功构建Cas9-GhPCBER编辑载体,利用农杆菌介导的棉花遗传转化技术将其转化到新陆早7号中,得到基因编辑棉花植株,为进一步探索GhPCBER基因在棉纤维次级代谢产物合成中的作用提供了突变体材料。