杂种优势通常是指杂种后代在遗传上优于其亲本的现象,是传统育种中重要的育种应用工具。强优势杂交棉中棉所63与母本中9053及父本sGK9708相比具有优良的生产性状。本研究以中棉所63、母本中9053及父本sGK9708三叶期植株为材料,首先统计并比较一批随机三叶期中棉所63与亲本之间的整株个体鲜重、干重以及根部鲜重、干重的数据;其次通过高通量测序方法检测三种材料在转录水平上的差异,进一步发掘mRNA及lncRNA转录水平与杂种优势的关系。基于杂种优势的上位假说,本研究对中棉所63中表达量显著高于亲本或显著低于亲本的基因进一步进行GO分类和KEGG通路分析,以解释有哪些基因在三叶期参与了杂种优势的形成;最后我通过荧光定量PCR的方法进一步验证了45个在杂种优势形成过程中显著变化的基因。研究结果表明:在三叶期,中棉所63整株个体的鲜重、干重与亲本相比均优于亲本,同时根系鲜重、干重也优于亲本,可见中棉所63在苗期植株整体及根系发育均较亲本发达。高通量测序数据表明:中棉所63与父本之间显著上调的差异表达转录本(包含lncRNA及mRNA)有13117个,显著下调的差异表达转录本有10674个;中棉所63与母本相比,显著上调的差异表达转录本有9081个,显著下调的差异表达转录本有6578个;杂交种中棉所63与其父本间特有的差异转录本共有14918个,与其母本间特有的差异转录本共有6786个,与两亲本之间共有的差异转录本有8873个。对中棉所63及亲本共同显著差异表达的转录本进行GO分类和KEGG功能注释,结果显示中棉所63较其亲本具有显著差异的代谢过程包括甘油酯代谢、烟酸和烟酰胺代谢、植物昼夜节律、丙酮酸代谢及光合作用中碳固定等。进一步分析以上通路中涉及杂种优势的基因,发现中棉所63在烟酸和烟酰胺代谢途径中Gh_A05G0576(NADK1)、Gh_A11G1780(NAPRT2),甘油酯代谢途径中Gh_A06G0941(MGD1)、Gh_A06G1712(MGD2)及Gh_A08G0731(CDS1),植物昼夜节律及碳固定途径中Gh_A11G2295(SBP)、Gh_A01G0826(GADP)及Gh_A01G0775(PGK1)等基因显著上调。这些基因在不同程度上促进光合作用及能量代谢过程,是中棉所63三叶期杂种优势的因素之一。最后本研究选择所述通路中差异比较显著的45个基因进行荧光定量PCR进行验证,这些基因的基因表达差异与测序结果的一致性为91.2%。结论:中棉所63在三叶期整体植株及根部发育水平较亲本具有显著的杂种优势;综合分析差异表达基因,结果显示杂交棉中棉所63苗期在烟酸和烟酰胺代谢途径、甘油酯代谢途径、植物昼夜节律及碳固定途径中关键基因的高表达影响了植株苗期的光合作用及C、N固定过程,同时直接影响了苗期的代谢积累,是杂种后代表现出杂种优势的关键因素之一。