棉花是世界重要经济作物之一,棉籽油的生产和棉纤维的供给对于工商业都具有非凡的意义。在我国,棉花同样是重要的农业经济作物,然而,基于我国耕地面积紧张、人口基数大的国情,棉花的种植面积极为受限,粮棉争地矛盾突出。开花意味着植物开始以生殖生长为生长中心,早花可以促进早熟,实现植物生育期的缩短。因此,从棉花花期调控角度入手,攻克棉花开花调控关键机制,实现棉花优质短季棉的培育是缓解当前土地局势,优化农业种植结构,实现高产高效的重要方法之一。前人研究表明,花期调控已逐步研究解析多种调控路径,每个路径都有其关键基因所在,例如FLC基因在春化途径中具有重要作用,对成花起着负调控的作用;CO基因在光周期途径中具有重要意义,是外界光周期变化与植物自身开花调控的维系等。本实验从棉花花芽启动的关键时期入手,通过转录组测序、超表达技术、CRISPR/Cas9基因编辑技术、matting法酵母文库筛选实验技术和亚细胞定位技术等手段,进行从面到点的分析研究,主要研究成果如下:(1)通过将花芽形成过程进行时期切割,细分为花芽未分化、即将分化、开始分化和分化完成四个时期,以转录组测序的技术手段,关注花芽形成过程中转录组的动态进展和差异对比,发现花芽分化自未开始到结束牵动大量基因的差异变化,揭示花芽调控是一个复杂的过程;GO注释分析表明,基因表达、氧化还原和转录因子相关的基因与花芽分化关系紧密;KEGG分析发现,植物激素信号转导、昼夜节律、细胞色素P450等路径上的基因极大可能与花芽分化过程的调控密切相关;可变剪切事件在花芽分化过程中具有特异的表现,极可能参与了花芽分化并发挥重要作用;(2)对差异基因的表达和注释分析信息进一步分析发现,一个生长素响应的基因家族极有可能在花芽启动过程中起到正向的重要作用,并将其家族一个成员选作为重要候选基因,同时也选择了一个可能同样具有正向功能的功能注释未知基因(Unknown gene)也选作为候选基因。定量PCR结果表明,生长素响应基因在顶端分生组织、叶片和茎中均有表达,且表达量依次降低,功能注释未知基因只在顶端分生组织中检测到有表达。生长素响应基因的表达不仅随生长素的上调而上调,而且可能与光调控通路有交叉,功能注释未知基因的表达不受生长素和光照的影响。(3)为了研究并分析两个候选基因的功能,从超表达实验技术角度入手,通过成功克隆候选基因的全长,完成超表达载体的构建,并完成田间棉株与生长室内拟南芥的转化工作。每个候选基因共收获转化T1代棉花种子各约5000粒(生长素响应基因5135粒,功能注释未知基因4788粒)、拟南芥种子各约3-4万粒用于后续阳性苗的筛选试验,以期通过观察阳性苗是否具有开花提前的表型来验证候选基因是否具备正向调控开花的功能。(4)通过将候选基因进行编辑,改变原基因功能,从而反向推测原基因功能。应用CRISPR/Cas9基因编辑技术,先进行靶点选择和引物设计,最终构建了双靶点的基因编辑载体,并完成了棉株的田间转化,每个候选基因共收获转化T1代棉花种子约7000-8000粒(生长素响应基因7210粒,功能注释未知基因8341粒)用于后续筛选试验,以期通过观察阳性苗是否具有开花延迟的表型来验证候选基因具备正向调控开花的功能。(5)以matting法酵母双杂交实验进行筛库来获取互作蛋白信息,实验结果表明最终两个基因均没有筛选到互作蛋白。基于自激活和毒性检测结果、AD文库质量、实验中酵母细胞的结合效率等原因,排除实验试剂与操作技术等存在问题,结果具有可靠性。(6)对候选基因的蛋白分布进行实验验证分析。通过亚细胞定位实验,发现两个候选基因均可能为膜定位蛋白。因此说明两个候选基因的蛋白分布与发挥功能的位置可能为细胞膜。