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项目名称： 棉花纤维品质功能基因组研究及优质高

起止年限：依托部门：产新品种的分子改良

喻树迅 中国农业科学院棉花研究所 2010年1月-2014年8月 农业部

首席科学家：

一、研究内容

根据上述国家重大需求所必需解决的关键科学问题，本项目拟从以下几个主要方面开展系统研究：

1、棉花品质产量基因资源创制及遗传因子的精细定位

（1）在已获得的特异纤维材料的基础上，继续创造高产、棉纤维发育突变体，初步构建高产、棉花纤维突变体库，创造棉纤维发育特异材料；

（2）构建高密度的分子标记图谱，发掘与品质、产量等性状紧密连锁的分子标记和功能标记，定位本项目获得的功能基因；

（3）完善陆地棉背景的海岛棉导入系，利用导入系将控制棉花纤维品质、产量性状的QTL定位到相应染色体片段上，实现QTL的精细定位；研究QTL与QTL之间的互作以及QTL与非QTL之间的互作，探讨提高棉花产量和纤维品质的机制。

（4）研究棉花纤维品质和产量遗传构成的多样性和等位基因效应。 2、利用转录组学研究棉纤维品质形成的基因表达分子机制：

（1）利用已建成的包括29,000个棉花cDNA的微阵列芯片，获得在棉纤维分化和突起、伸长、加厚等过程中特异性表达的棉花cDNA，揭示其可能调控或参与的代谢途径，阐明胚珠表皮纤维突起及伸长的决定因素。

（2）分离鉴定植物激素信号途径对棉纤维发育起重要调控作用的基因，通过时空表达特性，推测这些基因在棉纤维发育过程中的作用。

（3）分离和鉴定棉花纤维素合成相关基因，探索纤维素合成的网络调控关系，阐明棉纤维数量和长度的调控机制。

3、棉纤维发育的蛋白质网络及重要功能蛋白质的鉴定

（1）制作不同发育时期和不同品质特性的棉纤维细胞蛋白质谱，鉴定在棉纤维发育过程中差异显示的蛋白质，构建纤维发育的功能蛋白质网络；

（2）找出在棉纤维发育过程中重要的差异表达蛋白质，重点研究调控纤维细胞分化和细胞壁合成的重要蛋白，并结合这些蛋白质在发育过程中的丰度变化及修饰特征，分析这些蛋白质在棉纤维发育过程中的相互作用和分子功能；

（3）克隆这些重要功能蛋白质的基因，构建不同表达特征的棉纤维特异表达的载体，转化棉花来验证这些重要蛋白质的生物学功能，解析其影响棉纤维形

态建成的分子机制，并为改良棉纤维品质的基因过程提供基因元件。

4、棉纤维发育的重要转录因子的分离与功能分析：

（1）分离新的棉纤维发育的重要转录因子以及受其调控的重要功能基因； （2）进一步研究棉花MYB、HOX等类转录因子的功能和调控机制，为棉纤维品质改良的基因工程提供靶基因；

（3）构建不同的转基因载体，将转录因子基因转入棉花以及模式植物，进行功能验证和棉纤维品质改良。

5、目的基因在棉花中的高效功能验证及评价

（1）鉴定棉纤维发育中特异高效表达的启动子及其调控原件与作用机理； （2）对项目组筛选出的有价值的目标基因在棉花中进行功能验证，并创制转目标基因棉花种质新材料；

（3）对转外源基因的棉花纤维材料进行深入系统评价，并研究其在棉花不同发育阶段基因表达规律。

6、优质高产棉花品种的分子改良

（1）利用项目获得的转基因新材料和新标记，开展从性状表型到QTL直至基因序列等多层次的遗传变异信息的系统整合分析，研究品质和产量性状间的遗传关系；

（2）建立生物信息学数据库及网络分析系统，为其他课题提供相应的分析方法和工具；

（3）建立棉花优质、高产品种分子设计的技术体系，揭示棉花纤维品质和产量同步提高的分子机制；

（4）创制纤维品质和产量显著改良的新材料和新品系。