棉花是世界上主要的经济作物,在80多个国家种植,不仅是世界上主要的天然纤维来源,也是仅次于大豆的重要油料和蛋白作物。棉花作为我国的一个重要经济作物,近十余年来,杂交棉,特别是抗虫杂交棉,在长江流域和黄河流域已大面积推广,杂交棉的推广及应用在提高棉花产量方面起着决定作用。中棉所12是我国首次攻克抗病、高产、优质三者不易结合而培育成的优质、抗病、高产品种,具有较强的遗传力、配合力和遗传稳定性。作为棉花育种的种质材料,显示出骨干亲本巨大的应用价值。目前关于中棉所12的大量研究主要集中在遗传育种学和生理生化方面,而从分子水平探讨骨干亲本的研究还没见报道。随着分子生物学研究手段的日益提高和完善,有必要对骨干品种(亲本)中棉所12从分子水平进行深入剖析,了解复杂性状的遗传基础,揭示优良基因型的遗传本质,为骨干亲本在杂种优势中所起重要作用提供理论依据,在理论和生产实践上都具有十分重大的意义。本研究以中棉所12及其2个选系为亲本组配的4个杂交棉中棉所28、中棉所29、湘杂棉2号、冀棉18不同生长部位(根和叶),不同生育期(苗期、蕾期、花期)为研究材料,采用cDNA-AFLP技术分析杂交棉与亲本基因差异表达,从分子水平探讨骨干亲本在杂种优势中所起重要作用；同时采用MSAP方法从基因表达调控角度探讨杂交棉与亲本的胞嘧啶甲基化水平和遗传传递模式。结果如下：1、杂种优势表现的时空性通过对中棉所12及其选系配制的四个杂交棉苗期不同组织部位营养生长杂种优势的表现特性分析发现地上部分叶和地下部分根存在不同的杂种优势,说明杂种优势表现存在组织差异性。通过对中棉所12及其选系配制的四个杂交棉的不同生育时期营养生长参数干物质重量的杂种优势分析发现,在苗期,冀棉18、湘杂棉2号、中棉所29三个杂交棉表现出正向超中亲优势,中棉所28杂交棉表现为超亲优势；在蕾期,杂交棉冀棉18和中棉所28表现出正向超中亲优势,中棉所29和湘杂棉2号表现为超亲优势；在花期,杂交棉湘杂棉2号表现出正向中亲优势,冀棉18、中棉所28、中棉所29三个杂交棉表现为超亲优势。表明杂交棉在不同生育时期存在营养生长杂种优势差异；在产量上,冀棉18、中棉所28和中棉所29三个杂交棉表现出超亲优势,杂交棉湘杂棉2号表现为中亲优势,说明中棉所12选系配制的四个杂交棉在产量上可以表现出不同的杂种优势；四个杂交棉在纤维品质性状上都存在一定的优势现象,但是优势率比较低,其中纤维品质的主要指标比强度只有长江流域棉区品种湘杂棉2号有超亲优势,其余三个组合均无。说明四个杂交棉在纤维品质上的优势表现不是太明显。总之,杂种优势可以表现在棉花生长和发育的不同阶段、不同部位和不同性状上,尤其主要表现在营养生长和产量性状上,且不同杂交组合因其选配亲本和环境的影响,杂种优势表现不尽相同。2、基因差异表达和杂种优势采用cDNA-AFLP技术研究中棉所12及其选系组配的4个杂交棉中棉所28、中棉所29、湘杂棉2号、冀棉18苗期基因差异表达。基因差异表达分为4种类型：Ⅰ.杂交种上调表达型；Ⅱ.单亲显性表达型；Ⅲ.单亲下调表达型；Ⅳ.杂交种下调表达型。在根和叶的基因差异表达丰富程度上,叶部差异表达基因数目和比例(29.20%-46.09%)要比根部(15.65%-22.49%)高的多,说明根和叶的基因表达上存在相异性,叶中基因差异表达可能比根中基因差异表达对杂种优势形成作用更大。采用cDNA-AFLP技术研究中棉所12选系及其组配的4个杂交棉中棉所28、中棉所29、湘杂棉2号、冀棉18三个主要生育期—苗期、蕾期和花期的基因表达动态。从三个时期各差异表达类型的累计次数分布看,单亲显性表达型比例最高,约为37.26%(其中母本中棉所12显性表达型占19.37%,父本显性表达型占17.89%),其次为单亲下调表达型,约为34.18%(其中母本中棉所12下调表达型约占12.43%,父本下调表达型约占21.75%),杂交种F1上调表达型位居第三(15.03%),杂交种F1下调表达型比例最低(13.53%),后二者相差不大。在生长发育的不同时期,杂交种相对于亲本的各种基因差异类型所占比例有所不同,表明基因的差异表达具有时序表达的特征。分析基因表达差异与营养生长和产量性状优势之间的关系表明：在苗期杂交种上调表达有利于营养生长杂种优势的发挥；在蕾期杂交种上调表达和母本下调表达有助于营养生长杂种优势的发挥；在花期杂交种上调表达有利于产量杂种优势发挥,母本下调表达不利于杂交种高产。多种基因差异表达模式的并存说明杂种优势可能是多基因共同作用产生多种效应的结果,杂交种上调表达型与营养生长和产量杂种优势呈显著正相关,推测超显性效应在杂种优势产生中可能起主导作用；母本下调表达不利于产量杂种优势发挥和杂交种高产,暗示了亲本基因尤其是母本基因在杂交种中的抑制不利于杂交种表现杂种优势。只有有了好的亲本,才能育成好的杂交棉。中棉所12选系在苗期和蕾期都是冀棉18、中棉所29、中棉所28的高值亲本,干物质积累的营养生长优势,为杂交棉的高产奠定了物质基础。花期基因表达差异与产量性状优势之间的关系表明,母本中棉所12下调表达不利于杂交棉高产,从分子水平说明了中棉所12选系在杂交棉冀棉18、中棉所29和中棉所28的杂种优势产生中起重要作用。3、棉花DNA胞嘧啶甲基化水平和遗传模式研究采用MSAP技术研究了中棉所12配制的两个杂交棉(湘杂棉2号、中棉所28)苗期、蕾期、花铃期的基因组DNA 5’-CCGG位点胞嘧啶的甲基化水平和甲基化遗传传递模式。研究发现在苗期杂交棉湘杂棉2号组合和中棉所28号组合胞嘧啶甲基化水平为12.41%-18.34%；在蕾期,杂交棉湘杂棉2号组合和中棉所28号组合胞嘧啶甲基化水平为18.35%-20.05%；在花铃期,杂交棉湘杂棉2号组合和中棉所28号组合胞嘧啶甲基化水平为15.94%-17.07%。说明杂交棉不同发育时期的胞嘧啶甲基化水平不同,随着生育期的逐步推进,杂交棉与亲本甲基化水平出现两头低而中间高现象。DNA甲基化具有生育期特异性,这从一定程度可解释不同时期基因的差异表达。比较几种不同的甲基化水平可以发现,内侧胞嘧啶的全甲基化的水平(平均值为9.37%)高于外侧胞嘧啶的半甲基化水平(平均值为6.05%)和外侧或内外侧胞嘧啶全(双链)甲基化水平(平均值为1.85%),说明棉花基因组的DNA甲基化模式主要以内侧胞嘧啶的全甲基化为主。在各种胞嘧啶甲基化模式中,杂交棉湘杂棉2号组合和中棉所28组合花铃期的外侧或内外侧胞嘧啶全甲基化水平明显少于苗期和蕾期,说明在花铃期发生了显著的去甲基化,花铃期在DNA的总体甲基化水平比蕾期降低2.77%。棉花中绝大多数(96.61%-98.86%) CCGG胞嘧啶甲基化位点是由亲本稳定遗传给杂交种的,杂交棉只有1.14%-3.39%的位点显示了变异,其变异频率在不同亲本组合之间和不同发育时期都存在差异。通过对甲基化差异条带测序分析发现,其功能涉及到富含亮氨酸重复、类PDR的ABC转运蛋白、GTP结合蛋白、病程相关蛋白、磷酸激酶、功能未知的蛋白质和反转录酶等,部分差异序列没有产生有意义的匹配。比较杂交种与其亲本之间的胞嘧啶甲基化水平发现,三个亲本平均甲基化水平为17.29%,两个杂交棉平均甲基化水平为17.08%,即杂交棉平均甲基化水平略低于亲本平均甲基化水平。结合杂交棉在苗期、蕾期、花期营养生长优势和产量优势表现,发现杂交棉甲基化水平接近于中亲值(双亲平均值)有利于超亲优势发挥。总体上棉花甲基化程度与水稻一样与杂种优势相关性不高。