棉花是世界范围内天然纤维的主要来源之一,亦是我国重要的大田经济作物,其种植遍及全国多个省、市、自治区,其中最重要的棉花产区是新疆地区。为了降低生产成本提高植棉效益,新疆地区大面积推广机械化采收,在此背景下对利用遗传手段改良棉花株型的重要性的认识日益加深。但是,优良的株型结构需要健壮的根系来保证。CEN(CENTRORADIALIS)基因是棉花株型的关键调控基因,迄今为止,对CEN基因的研究主要集中于其在植物地上部分的功能解析,对其调控根系发育的相关报道鲜有所见。本研究从CEN这一关键基因入手,利用已创制完成的RNAi转基因材料与受体棉花HM-1号组成CEN近等基因系,将地上部分与地下部分结合,通过形态学、转录组比较分析,系统解析CEN基因在棉花根系发育中的调控功能。本项目着眼于解决棉花株型育种中的关键问题,聚焦解析CEN基因在棉花根系发育中的调控功能,为棉花株型育种提供理论支持和技术支撑。主要结果如下:1.观察田间6个RNAi转基因株系表型,发现与对照相比株高显著降低,茎顶端由无限生长变为有限生长,表明CEN基因可调控植株株型;纤维品质检测结果显示GhCEN基因经RNAi后会对衡量品质的4项指标产生影响,即断裂比强度和马克隆值变小,而纤维上半部平均长度和整齐度指数的变化规律与RNA干扰程度有关。2.室内棉花表型鉴定结果显示,与对照HM-1相比,生长32天(6叶龄)的RNAi转基因棉株不在产生新的茎节,现蕾提前,铃柄直接着生在主茎顶端形成顶花,由无限生长变为有限生长。3.对根系的形态学指标测定结果进行分析,发现GhCEN基因经RNA干扰后能使棉花的侧根总长、侧根长变短,GhCEN基因对棉花根系的侧根长起正调控作用。根系表型鉴定结果和地下生物量统计结果显示,GhCEN基因RNA干扰后会对根系发育产生影响,表现为侧根的数目减少、侧根长度变短,地下物质积累变少。4.对RNAi-GhCEN转基因株系RNAi-3和对照HM-1的根和茎组织进行转录组测序,测序共产生了77.11Gb高质量碱基(Clean Data),每个样品的Clean Data不低于5.81Gb,碱基质量值大于或等于Q30的占93.36%～94.28%。将测序数据与指定的参考基因组(TM-1)进行序列比对的比对效率在94.22%～96.66%之间。在RNAi-3和HM-1的根和茎中筛选出3153个差异表达基因(Differentially expressed genes,DEG),其中98.7%得到了功能注释。5.对HM-1和RNAi-3根和茎中都表达的DEGs进行分析。GO富集分析结果显示这些DEGs主要富集了氧的结合与运输,氧化还原酶、双加氧酶、2-烯烃还原酶的催化活性,膜(类囊体)和肽酶复合物(线粒体)的组成,固氮作用等;通过KEGG富集分析发现根和茎中都表达的DEGS主要参与了萜类化合物和脂肪酸的生物合成,植物与病原体的互作,内质网中蛋白质的加工,氨基糖、核苷酸糖、氮素等的代谢,RNA的转运与降解,核苷酸剪切修护等过程。6.GhCEN基因(GH＿D07G1075)参与以DNA为模板的转录调控过程,与NAC014、ERF017、ERF1A基因拥有同样的注释功能,编码产物为SCR-like蛋白,可能是通过调节根分生组织细胞的不对称分裂来调控棉花侧根的形成。