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棉花作为重要的经济作物,为纺织业提供了重要的原材料。目前,人们的生活质量和纺织水平日渐提高,故而对棉纤维品质的要求日益严苛。棉纤维作为研究细胞伸长及细胞壁结构的重要模型,是由胚珠外表皮细胞发育而来的单细胞表皮毛,具有高度伸长、无分支且增厚的特点。扩展蛋白是一种细胞壁相关蛋白,对纤维细胞的起始、伸长具有积极的促进作用;除此之外,细胞壁的特性对成熟棉纤维品质的好坏起关键作用。本研究主要通过生物信息学鉴定陆地棉Expansin基因家族并分析其进化特征,利用转录组测序（RNA-seq）数据研究其表达的时空特征,并利用qRT-PCR对表达谱进行验证。基于表达谱数据,选择四个基因进行克隆和功能验证:在拟南芥中进行Expansin基因的过表达,在棉花中进行VIGS（基因沉默）,最后通过农杆菌菌液浸种将过表达载体转移到棉花中。主要结果如下:1、根据拟南芥和水稻扩展蛋白的氨基酸序列（作为query）,进行BLAST比对,在陆地棉中共鉴定出98个扩展蛋白基因家族成员,其中71个属于EXPA亚家族,8个属于EXPB亚家族,6个属于EXLA亚家族,13个属于EXLB亚家族。陆地棉的大部分染色体上均有3-5个Expansin基因,且部分基因出现串联重复（tandem duplication）的现象。2、同线性分析显示,大多数Expansin基因位于同线性染色体区段内,表明扩展蛋白家族的扩张（多达98个）主要是由于进化过程中染色体片段重复（segmental duplications）造成的,因而亚基因组内Expansin基因之间存在一定的平行同源关系（paralogous）;AA与DD两个物种的杂交加倍进化形成At At Dt Dt的陆地棉后,促进了Expansin基因成员数的加倍（尽管少数基因发生了丢失）。系统发育树中,末端分支由二倍体棉与四倍体陆地棉的4个基因构成,表明四倍体陆地棉的两个亚基因组（At与Dt）与二倍体棉基因组（A与D）的Expansin成员的氨基酸序列的进化关系较近;同线性分析、基因结构分析和模体结构分析进一步确认了其进化关系。3、陆地棉98个扩展蛋白的基酸序列长度平均为248个aa,分子量平均为27.00 k D,等电点平均为8.48（大部分属于偏碱性蛋白）。Expansin蛋白不稳定指数在20.03-46.80之间,大部分蛋白稳定性好;脂溶指数平均为70.83,总平均疏水性（GRAVY）在-0.392-0.140之间,属于两性蛋白。72个扩展蛋白中有长度不等的信号肽,均定位于细胞外,Expansin基因具有一定的密码子偏好性。4、RNA-seq数据显示,Expansin基因具有各自特异的时空表达模式。具有部分同源关系的基因对（homeologous gene-pair）,其表达模式也不尽相同,表明多倍化后的进化过程中家族成员间基因功能的异化（多样化）与互补。通过实时荧光定量PCR对RNA-seq数据进行了验证,结果表明两种方法的表达谱数据,吻合度较高;各扩展蛋白基因在不同的时空条件下表达丰度各异,各司其职。5、基于RNA-seq和qRT-PCR的表达谱数据,选择Gh EXLA3A、Gh EXPA03A、Gh EXPA24D和Gh EXPA27D四个基因进行克隆,通过“花絮浸染法”转化拟南芥。结果表明,过表达基因Gh EXPA27D会促进拟南芥的根系发育,提前抽薹,分支数增多,果荚数及种子产量也有所增加。利用VIGS基因沉默技术对棉花植株进行基因Gh EXLA3A表达的干扰,结果显示,两周后的幼苗根系及植株较小（和对照相比）;对被VIGS处理的植株进行qRT-PCR,发现Gh EXLA3A基因的表达量变化不大。通过农杆菌菌液浸种,将基因Gh EXPA27D的过表达载体转移到棉花中,结果显示T0代植株叶片出现部分卷曲,植物瘦小,成熟期棉桃较小。