棕色棉是一种纤维呈现天然棕色的彩色棉,由于其本身带有天然的颜色,在棉花纺织生产过程中,可以免去漂白、消毒、染色等过程,污染少、环保健康。但是,棕色棉与白色棉相比,品质不够理想,存在颜色不够纯正、色素分布不均匀、色素遗传不稳定等缺陷,严重制约了棕色棉的生产与应用。前人从棕色棉纤维中克隆了原花色素合途径中的结构基因(F3H, DFR, CHI等),结合棕色棉纤维色素化学性质的鉴定结果,初步推断棕色棉纤维色素的合成前体为缩合单宁,即原花色素。目前对棕色棉纤维发育过程中原花色素合成、积累规律的研究较少,关于白色棉与棕色棉中原花色素合成、积累的差异鲜见报道,关于棕色棉纤维色素与原花色素的关系仍有待深入研究。棕色棉的纤维颜色形成于纤维发育的中后期阶段,研究表明,纤维颜色的呈现与光照有关,但关于纤维色素合成过程中是否存在光质调控尚不清楚,纤维色素合成和积累与光是否存在直接关系仍需进一步研究。本课题以棕色棉为材料,通过对纤维组织中原花色素的染色分析、含量测定及其结构基因表达分析等,研究棕色棉纤维色素合成与原花色素的关系,并结合MSAP与cDNA-AFLP技术,研究棕色棉纤维发育过程中的DNA甲基化模式变化与基因表达差异,分析棕色棉纤维发育的分子机制。同时,通过采用不同透光膜处理棕色棉幼苗,研究不同光质对棕色棉幼苗中原花色素合成、积累的影响,探讨光质调控原花色素合成的生理与分子机制,为进一步明确原花色素与纤维色素的关系,解决棕色棉纤维色素颜色不纯正、色素分布不均匀的缺陷提供理论依据。主要研究结果如下：1.以棕色棉和白色棉为材料,采用DMACA和TBO对不同发育阶段纤维组织进行化学染色,并对纤维发育过程中,纤维组织中的原花色素含量变化与结构基因GhCHS、GhF3H、GhDFR、GhANS与GhANR表达进行分析,结果表明,棕色棉和白色棉纤维中原花色素的合成起始于纤维细胞的突起阶段,但白色棉纤维中原花色素含量低,并在5DPA后开始降低,20DPA时就检测不到原花色素；而在棕色棉纤维发育的5-40DPA时期,纤维中原花色素含量较高,呈先升后降的趋势,在15DPA原花色素含量最高,并且,在棕色棉纤维中,原花色素合成的结构基因GhCHS、GhF3H、 GhDFR、GhANS与GhANR只在纤维发育的早、中期表达,在花后10天、15天表达量最高,花后15天后表达减弱,纤维生长发育后期表达可能较低。2.利用MSAP与cDNA-AFLP技术研究棕色棉纤维发育过程中(5DPA-25DPA)的DNA甲基化模式变化与基因表达差异。66对MSAP选扩引物每个样品平均共扩增出1010.5个带型,每对引物扩增出11-27个片段,平均15.31个片段。随着纤维发育进程的推进,纤维DNA甲基化条带总数、甲基化比率、全甲基化比率逐渐升高,纤维发育的过程中,DNA发生甲基化的位点数逐渐增多。采用64对cDNA-AFLP的引物组合,每对引物组合扩增的总条带数在32-51条之间,平均39.8条,其中,有75条转录衍生片段呈多态性。通过对30条多态性转录衍生片段的克隆、测序与同源性分析发现,30条序列中与已知的棉花相关序列同源性较高的序列较多,共有19条来自于棉属植物。而根据30条转录衍生片段的Blast比对结果,有13条转录衍生片段和报道的已知功能的基因同源,其余17条转录衍生片段的功能未知。3.采用红、黄、蓝、白四种透光膜处理棕色棉幼苗,研究光质对棕色棉原花色素、表型性状及其光合系统的影响。结果表明,红膜处理能提高棉花幼苗各组织中原花色素含量,黄膜与蓝膜处理对原花色素合成、积累有抑制作用；红膜、黄膜处理对植物的生长有促进作用、蓝膜处理可促进棉花幼苗根系生长,但会抑制植株生长；而经黄膜、蓝膜与红膜处理后,棕色棉幼苗光能的利用效率降低,净光合速率也发生明显下降,光合产物积累减少,但白膜处理的棕色棉植株仍能较好的吸收、转换、利用光能,并能保持较高的净光合速率。4.利用MSAP皮术研究不同透光膜处理对棕色棉幼苗DNA甲基化模式和水平变化的影响,探讨光质对棕色棉生长、发育影响的表观遗传机制。选取了66对MSAP选扩引物进行PCR扩增反应,每个样品平均共扩增出1300.5个带型,每对引物扩增出15-32个片段,平均19.7个片段。经不同膜处理后,红膜、黄膜和蓝膜处理均增加了棉花DNA总甲基和全甲基化的比率,但蓝膜处理降低了棉花DNA半甲基化比例。对甲基化多态性片段的测序、分析表明,DNA甲基化发生改变的位点既存在于基因组的编码区,也存在于非编码区；棉花幼苗中丙酮酸激酶同源基因Seql与水通道蛋白同源基因Seq4的表达受光质调控,基因的激活表达与其甲基化位点的去甲基化有关。