棉花是锦葵科(Malvaceae)棉属(Gossypium)一年生草本或多年生木本植物,其种子纤维是纺织工业的重要原料,具有重要经济价值,是全球最主要的农作物之一。随着劳动力成本的迅速上涨和农业科技的快速发展,机械化栽培和收获是棉花生产发展的必然趋势,这就对棉花种植和育种提出了出苗整齐、成熟期一致等新要求。棉花种子具有较强的物理休眠特性,这在一定程度上限制了棉花出苗的整齐度。目前,棉花种子休眠的分子调控机制尚不清楚,但G基因已在多种植物中被证明对种子休眠具有调控作用。为了探究棉花基因组中G同源基因对种子休眠是否具有相似的调控作用及其调控机理,本研究首先采用生物信息学手段对不同棉种的G同源基因的基因组分布、基因结构和进化关系等进行了分析;随后采用同源克隆技术获得了陆地棉TM-1和达尔文氏棉的G同源基因,并构建了重组表达载体在拟南芥和烟草中进行了基因功能与亚细胞定位分析;最后利用酵母双杂交系统对其互作蛋白进行了筛选,以期为进一步阐明其分子调控机制提供依据。本文取得的主要研究结果如下:1.生物信息学分析结果表明,不同棉种的G同源基因可归为三组;瑟伯氏棉和戴维逊棉的G同源基因位于4号染色体,其他8个棉种中的G同源基因均位于8号染色体;陆地棉A亚组和草棉进化亲缘关系较近,达尔文氏棉和海岛棉的进化亲缘关系较近。G基因在结构上较为保守,大部分棉种G的同源基因具有9个motif和9个外显子,而黄褐棉Gmus＿A08G174400比较特殊,只有3个motif和3个外显子。2.蛋白亚细胞定位结果表明,陆地棉A和D亚基因组中的G同源基因表达产物(GhGA、GhGD)均定位在叶绿体中。3.转基因实验结果表明,GhGA和GhGD的拟南芥过表达株系以及Dar GA和Dar GD的atg突变体回补株系的种子均表现出延迟发芽,而当分层处理打破种子休眠后,转基因株系的种子与WT和atg突变体种子表现出相似的发芽率,表明棉花中G同源基因影响种子休眠,但不影响发芽率。4.100μM ABA的处理会导致陆地棉TM-1去壳种子中GhGA/GD、Gh NA13/ND13/NA8/ND8和Gh PD7/PA9的表达量降低,说明此浓度的ABA对上述基因的表达有抑制作用;而达尔文氏棉去壳种子中的Dar GA/GD、Dar NA13/ND13/NA8/ND8和Dar PD7/PA9的表达量相较于对照组上升,说明此浓度的ABA对上述基因的表达有促进作用,造成上述差异的原因可能C59生产商在于达尔文氏棉是野生棉,具有较强的休眠性。此外,通过比较陆地棉TM-1和达尔optical biopsy文氏棉去壳与未去壳种子的发芽率发现,两个棉种去壳种子在32h发芽率为100%;陆地棉TM-1未去壳种子在32h发芽率为83.3%,在48h发芽率为100%;而达尔文氏FUT-175分子量棉未去壳种子在统计时间内发芽率为0,表明棉花种子会受到一定程度物理休眠的影响。5.利用酵母双杂交系统从棉花胚珠的c DNA文库中共筛选到26个可能与GhGA/GhGD互作的蛋白。进一步的酵母点对点验证和荧光素酶互补实验结果证明,GhGA/GhGD能够与1-氨基环丙烷-1-羧酸氧化酶1(ACO1)和二氢黄酮醇还原酶(DFR)在蛋白质水平发生相互作用,说明GhGA/GhGD可能通过参与乙烯或原花青素的合成途径来调控棉花种子休眠。综上所述,本文对棉属不同棉种中G同源基因进行了较为系统的生物信息学分析,明确了不同棉种中G同源基因的染色体分布、基因结构和系统进化关系;并重点探讨了陆地棉TM-1和达尔文氏棉的G同源基因在种子休眠中的作用与调控机制,为进一步全面阐明棉花G同源基因的生物学功能奠定了基础。