中文摘要：

提高棉花纤维品质依然是我国棉花育种的重要目标，根据交联于细胞壁的苯丙烷类化合物（PPC）影响细胞壁的性质和延伸特性，旨在从PPC的方向探索棉花纤维物理品质形成的生理生化和分子生物学基础。通过调控目的基因在棉花纤维中的表达量以及用代谢中间产物饲喂培养中的棉纤维、目的基因转化拟南芥突变体、棉纤维中的瞬时表达、辅以基因时空表达和生化分析来确定苯丙烷代谢途径关键基因在棉纤维发育中的功能。同时比较陆地棉与同源种长绒棉该代谢途径基因时空表达量的差异、纤维中PPC含量和组分的差异，分析苯丙烷代谢途径基因的表达量与纤维生长发育的动态关系，研究PPC含量和组分与纤维品质的关系，揭示棉花纤维PPC代谢调控棉纤维生长发育的分子机制、代谢产物在棉花纤维物理品质形成中的作用和功能，达到综合解析PPC代谢及其产物在棉花纤维细胞发育和纤维品质形成中的作用和功能，为棉花育种推荐品质改良的关键功能基因及改良方案。

结论摘要：

我国棉纤维品质还难以满足国内外市场和纺织工业的多种需求，提高棉纤维品质依然是棉花育种的重要目标。根据交联于细胞壁的苯丙烷类化合物影响细胞壁的性质和延伸特性，本项目从苯丙烷类化合物方面探索纤维物理品质形成的生理生化和分子生物学基础。结果表明(1)苯丙烷代谢及其产物与棉纤维品质密切相关，调控其表达可达到改良纤维品质的目的①通过克隆棉纤维苯丙烷代谢途径相关基因，利用关键基因的瞬时表达及调控其表达量、用相关基因催化形成的产物饲喂培养中的棉纤维，确认了苯丙烷代谢主效基因及其在棉纤维中的功能。②利用转基因技术验证了关键主效基因GhCAD6在棉纤维苯丙烷代谢调控中的作用，并获得了6个转GhCAD6基因稳定遗传的株系，株系棉纤维长度较受体增加1.17-3.21 mm，增幅最高可达11.6%，比强度增加3.2-7.1 cN/tex，增幅最高可达27.2%，单株平均结铃数增加12.9个，增幅达20.5%。(2)陆地棉和长绒棉中苯丙烷代谢途径中基因表达存在差异①在长绒棉和陆地棉纤维不同发育时期，利用RT-PCR比较苯丙烷代谢相关基因的表达情况，选取其中3个表达差异基因利用实时荧光定量PCR方法比较其在两个棉种不同发育时期的表达。结果表明这3个基因在新海20和军棉1号中基因的表达量都随纤维发育天数的增加而增加，但军棉1号中15 DPA时表达量达到最高，新海20中基因的表达高峰期为20 DPA，长绒棉中3个基因的表达高峰期均晚于陆地棉。②长绒棉与陆地棉中克隆了C4H1基因的cDNA序列，发现有9处氨基酸差异点，其等电点及蛋白分子量均不同。该基因的表达在长绒棉与陆地棉纤维发育的不同时期出现显著差异，根据系统发生树看出该基因在棉花与烟草及木本植物同在一个大分支中，杨树与烟草中C4H基因活性与木质素和厚壁组织相联系，由此可见C4H1基因可能参与调控棉纤维细胞伸长和次生壁加厚，可能对棉纤维的品质形成有一定影响。(3)棉纤维中苯丙烷类结构单体含量和组分存在差异利用生化分析方法比较苯丙烷类结构单体含量和组分的差异，结果表明，长绒棉和陆地棉两个棉种纤维的主要差别是在开花后15-30 DPA形成。陆地棉和长绒棉中均含有G型和S型苯丙烷类结构单体，其中G型高于S型。本研究综合解析了苯丙烷类代谢及其产物在棉纤维细胞壁发育和纤维品质形成中的作用和功能，可为棉花育种推荐品质改良的关键功能基因及改良方案。