彩色棉是一类棉纤维具有天然色彩的棉花,与常规白色棉纤维相比,其纤维在加工成织物的过程中,不需要漂白和染色,有利于节约资源和保护环境;加工成型的织物不含有害物质,有利于人体健康。因此,彩色棉的研究拥有巨大的发展前景。绿色棉是彩色棉的一种主要应用色系,棉纤维呈绿色,并由基因Lg控制。Lg编码一个R2R3-MYB蛋白,通过调控木栓质在纤维细胞中的合成和沉积使纤维呈色。通过在白色棉J14（冀棉14号）的纤维次生壁积累时期上调Lg的表达,本课题组成功获得了三个纤维变为绿色的转基因FLg株系（FLg-1、FLg-16、FLg-19）。在此基础上,本论文分别比较了三个转基因株系与白色棉Null系以及天然绿色棉RIL-51株系成熟纤维的产量性状和品质性状;对纤维中木栓质与纤维素的含量、纤维次生壁发育、纤维产量以及纤维品质之间的关系进行了分析;并解析了Lg在纤维木栓质代谢途径中可能的转录结合位点。主要结果如下:1.纤维次生壁合成时期上调表达Lg基因使成熟纤维的产量和品质变差通过采取随机区组实验设计、方差分析和多重比较,对三个转基因株系与白色棉Null系以及RIL-51株系的纤维品质和产量进行比较,结果表明,转基因株系绿色纤维和Null系白色纤维之间具有显著的异质性,而转基因株系绿色纤维和天然绿色棉RIL-51株系纤维之间不具有实质意义上的差异。基于此,对三个转基因株系与白色棉Null系以及RIL-51株系成熟纤维的纤检结果进行深入分析,发现除上半部平均长度和整齐度指数外,绿色纤维（转基因绿色纤维和天然绿色棉RIL-51株系纤维）的各纤维品质性状均显著差于Null系白色纤维;不仅如此,绿色纤维（转基因绿色纤维和天然绿色棉RIL-51株系纤维）的产量性状（衣分指数和衣指指数）也显著差于Null系白色纤维,而且差异均达到极显著水平,说明Lg基因的上调表达是成熟绿色纤维的品质和产量降低的主要原因。2.木栓质在转基因绿色纤维中的沉积特征首先,利用石蜡切片技术对转基因绿色纤维的生理结构变化进行探究,发现转基因株系成熟纤维的细胞壁厚度显著小于Null系。进一步,利用透射电子显微镜对开花后25天、35天、45天的FLg株系纤维和Null系纤维的横切面进行观察,发现在FLg株系纤维的次生壁内侧存在典型的木栓质片层结构,且各时期FLg株系纤维的次生壁厚度均显著小于Null系,但在各时期的Null系纤维中却没有观察到木栓质片层结构。进一步,以ω-羟基二十二碳酸为标准,利用GC-MS技术对FLg株系纤维和Null系纤维中的木栓质积累特征进行分析,结果表明,FLg株系成熟纤维中含有大量的木栓质,但Null系成熟纤维中的木栓质含量为0。对开花后15天、20天、25天、30天、35天、40天、45天的FLg株系纤维和Null系纤维中的木栓质含量进行分析,结果表明,木栓质的含量在开花后15天的FLg株系纤维和Null系纤维中没有明显的差异,含量均为0。但是,在FLg株系开花15天后的纤维中,木栓质的含量随着开花后天数的延长而逐渐增加,而在各个时期的Null系纤维中却都没有检测到木栓质的存在。以上结果说明,开花15天后的转基因绿色纤维中含有大量的木栓质,而各时期的Null系白色纤维中均不含有木栓质,并且木栓质在转基因绿色纤维中的沉积是一个逐渐积累的过程。3.木栓质在纤维中的沉积影响纤维次生壁的生长以及纤维产量和品质纤维的石蜡切片观察结果和超显微结构观察结果表明,木栓质在纤维中的沉积对纤维次生壁的生长具有较大的不利影响。纤维素是棉纤维次生壁的主要组成成分,木栓质可能通过影响纤维素在纤维次生壁中的积累从而影响纤维次生壁的生长。为了对此假设进行验证,首先,对开花后15天、20天、25天、30天、35天、40天、45天的FLg株系纤维和Null系纤维中的纤维素含量进行测定,发现与Null系纤维相比,FLg株系纤维的纤维素含量的增幅在开花20天后明显下降。单颗种子上的总纤维重量是棉纤维产量的主要构成成分,单颗种子上总纤维的纤维素含量可以在一定程度上反映出纤维次生壁的增厚水平。由此,进一步对开花后15天、20天、25天、30天、35天、40天、45天的FLg株系和Null系单颗种子上的总纤维重量和总纤维中的纤维素含量进行测定,发现除开花后15天和25天以外,各时期FLg株系单颗种子上的总纤维重量均明显低于Null系,各时期FLg株系单颗种子上总纤维的纤维素含量与单颗种子上的总纤维重量具有相似的特征。基于此,并结合木栓质含量测定结果,充分证明木栓质在纤维次生壁内侧的逐步积累会降低纤维中纤维素的含量,进而影响纤维次生壁的生长与棉纤维的产量和品质。4.Lg可以通过结合ACCTAC位点来调控纤维中的木栓质代谢途径在Lg差异化表达的植物组织中存在着大量的与木栓质代谢途径相关的表达差异基因,从这些表达差异基因中遴选出15个表达上调的具有代表性的基因,来验证Lg的激活效应。结果表明,除Gh＿A08G1366外,Lg对遴选出的其余14个基因均具有显著的转录激活效应,说明Lg具备单独调控木栓质代谢相关基因表达的能力。基于此,选取被Lg激活效应最大的Gh＿D13G0494基因,并利用双荧光素酶报告基因检测系统来探究Lg的DNA结合元件,研究结果表明Lg对含有ACCTAC位点的S20-5到S20-6区段的23 bp序列具有明显的转录激活效应。进一步对此23 bp中的ACCTAC位点进行突变处理,发现当ACC或者TAC序列改变后,Lg失去对此23 bp序列的转录激活效应,说明ACCTAC是Lg调控Gh＿D13G0494基因表达的一个重要的核心转录结合元件。另外,酵母单杂交实验结果表明Lg对含有ACCTAC位点的序列具有直接的结合效应,说明Lg可以通过直接结合ACCTAC位点来调控Gh＿D13G0494基因表达。综上所述,Lg可以通过直接结合ACCTAC位点来调控木栓质代谢相关基因的表达,促使木栓质在纤维细胞次生壁内侧的积累,同时赋予纤维绿色性状,并导致纤维中的纤维素含量下降,影响纤维细胞次生壁的生长,使纤维的产量和品质降低。