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棉花是重要的经济作物,也是研究多倍体起源、进化和驯化的理想物种。陆地棉作为棉花主要的栽培种之一,其纤维品质和产量的遗传作用机理一直是研究的热点。棉花纤维是由单个表皮细胞发育成的毛状体,几乎由纯纤维素组成,同时也是研究细胞伸长和细胞壁修饰的理想单细胞模型。本研究利用355份陆地棉品种（系）所组成的自然群体以及纤维长度相关的F2和F2:3作图群体,通过收集其纤维品质和产量的表型数据,利用基因型数据（包括全基因组重测序和SLAF简化测序技术获得的SNPs）,定位了纤维产量和品质相关的优异变异位点,鉴定出相关候选基因并对基因功能进行了初步验证,包括基因在拟南芥中的过表达、病毒诱导基因沉默（VIGS）在棉花中的瞬时表达和棉花中的基因编辑等。本研究探索了纤维品质和产量的遗传基础与分子机理,为棉花纤维品质和产量的改良提供依据。主要结果如下:1.对355份陆地棉材料进行多年多点的种植,收集11个环境下的五项纤维品质相关性状和两个产量相关性状,包括:纤维长度（Fiber Length:FL）,纤维强度（Fiber Strength:FS）,纤维整齐度（Fiber Uniformity:FU）,马克隆值（Fiber Micronaire:FM）,纤维伸长率（Fiber Elongation:FE）,衣分（Lint Percentage:LP）和单铃重（Boll Weight:BW）。对表型数据的统计分析发现7个纤维品质和产量的性状均存在显著的表型变异,且数据均呈现正态或近正态分布;Pearson相关性分析结果显示,FM与其它6个性状呈显著负相关,而其余6个性状间均为正相关关系;遗传力分析表明,7个纤维品质和产量性状的遗传力都普遍较高,介于59.4%～91.6%之间,表明基因型对这几个性状有很大影响,适合进行后续的关联分析。2.用355份陆地棉的简化测序数据与8个环境下纤维长度的表型数据进行全基因组关联分析（GWAS）,共筛选到14个与纤维长度显著关联的SNP位点,分别分布在6条染色体（A03、D02、D03、D04、D09和D11）上。其中,位于D03染色体上的两个显著SNP位点（D0341720764和D0341721072）与纤维长度关联最显著,表型变异解释率介于13.13%～14.37%之间。单倍型分析发现这两个SNPs都存在AA和TT两种单倍型,在8个环境的表型数据中发现携带AA单倍型的材料的纤维长度均显著短于携带TT单倍型的材料。在纤维长度相关的家系群体中进行连锁作图分析,发现在F2和F2:3群体中均检测到2个显著的QTL（qFL-D03-1/2和qFL-D08-1/2）。根据SNP的物理位置,我们发现GWAS和连锁作图在D03染色体上都检测到一个可以解释相对较高表型变异的重叠区域,表型变异解释率分别为13.75%和19.28%,这表明该区域很可能存在控制纤维长度性状的主效位点,并结合基因组注释信息筛选到候选基因GhD03G1338（F2KP）进行后续的功能验证。3.从开花前3天到开花后20天的材料中进行qRT-PCR实验发现,GhF2KP在陆地棉标准系TM-1和长短纤维材料中有明显的表达量差异;同时在拟南芥中过表达该基因,发现GhF2KP可促使拟南芥的叶片表皮毛密度显著增加,主根显著增长。利用VIGS技术沉默该基因,发现在不同材料中抑制GhF2KP的表达后,其纤维长度存在不同程度的变短,且在长纤维材料中这一现象更为明显。综合以上结果推测GhF2KP可能参与棉花纤维细胞伸长的正向调控。4.利用355份陆地棉的全基因组重测序数据与11个环境下的纤维品质和产量性状进行全基因组关联分析,得到与相关性状显著关联的标记位点,发现阈值（-logP>5）以上的标记数目为1,825个,阈值（-logP>6）以上的标记数目为361个。其中10个SNP位点同时在多个纤维性状里被显著关联到,说明了控制纤维品质的基因具有多效性。位于A10染色体上的SNP标记GhirA10114618736在多个环境中同时与纤维长度和强度两个性状显著关联。绘制LD block并结合基因组注释、基因表达量等数据,在距该标记78.7 kb范围内定位到与之紧密连锁的基因GhTBL38,将其作为候选基因进行后续功能验证。5.GhTBL38在棉纤维伸长阶段（5 DPA）优势表达,且长纤维材料中GhTBL38的表达量显著高于在短纤维材料中的表达量。在拟南芥中过表达该基因,发现相比于野生型,过表达株系叶片绒毛明显变密。在棉花中进行基因编辑后,在T1代植株中观察株系发生不同程度的变异,其中一个株系出现晚花表型且在胚珠的5 DPA时期纤维突起呈塌陷状,但更加密集,这些证据表明GhTBL38参与了陆地棉纤维长度的调控。本研究利用GWAS、简化基因组测序等第二代高通量测序手段,在自然群体和遗传群体中分别鉴定到155和434个与纤维长度、强度相关的位点,结合基因表达量和功能注释,筛选到2个纤维长度相关的候选基因（GhF2PK和GhTBL38）,进一步通过拟南芥转化、棉花VIGS、基因敲除等手段验证基因GhF2PK和GhTBL38对纤维长度有正向调控作用。本研究为解析棉花纤维发育的遗传机理提供了研究基础,为明确GhF2PK和GhTBL38基因的分子调控机制提供了试验依据,为棉花的高产优质育种提供了理论支持。