棉花是世界上重要的经济作物，分为二倍体和四倍体两大类群。四倍体栽培棉（陆地棉和海岛棉）在A、D染色体组异源杂合之后产生了明显的“纤维杂合优势”。但棉花多倍体化过程中纤维优势基因在A、D染色体组上异源等位基因的互作表达模式、甲基化表观修饰及“纤维杂合优势”产生的分子遗传基础知之甚少，需要更进一步系统深入开展多倍体棉花优异纤维性状形成的进化机制和“多倍体优势”的遗传基础。
　　在本研究中，我们汇总了截止目前已报道的全部纤维发育相关基因，分别进行以下几个方面的研究:
　　1、通过比较纤维发育基因在二倍体栽培种亚洲棉和野生棉基因组上同源基因的遗传结构变异、进化特点及转录表达差异，揭示二倍体亚洲棉和野生棉纤维性状存在差异的分子基础，并挖掘和鉴定优质纤维分子育种的重要基因。
　　2、通过比较异源四倍体（陆地棉和海岛棉）及二倍体近缘祖先（亚洲棉和野生棉）的纤维发育同源基因在遗传进化规律、表达模式以及表观调控等方面的差异，揭示纤维基因在多倍体化过程中的进化特点，进一步解析四倍体栽培棉“纤维杂合优势”产生的机理。
　　我们将研究结果分为以下两部分进行阐述:
　　1、二倍体棉花纤维发育基因的驯化及表达模式分析
　　二倍体A2和D5基因组分化过程中大部分纤维同源基因的结构没有发生明显变异;纤维基因在A、D基因组上同源区域比较保守，与A基因组相比，在进化过程中D基因组插入了许多重复序列进行了基因组扩充;就总体进化速率来说，纤维基因比其他基因的进化速率更快;其中，有5个纤维基因的Ka/Ks比值大于1，说明这5个基因在二倍体进化过程中受到了正向选择;纤维基因家族在二倍体A2和D5基因组上相对比较保守，但在棉属基因组分化初期发生了2-3倍的基因复制现象，这与6000万年前棉属基因组发生的WGD（全基因组复制）事件有关。
　　在二倍体棉种中，纤维基因的表达模式表现为A2基因组表达量明显高于D5基因组，并且在纤维起始和伸长时期优先表达。综上结果分析可知:在亚洲棉和野生棉分化后人类对可纺织纤维性状的重点选择加速了纤维基因的进化，所以人工驯化很可能是亚洲棉和野生棉纤维性状发生分化的重要原因。另外，通过综合比对分析筛选出了11个纤维发育关键的候选基因，为后续棉花育种工作提供重要的理论参考。
　　2、四倍体栽培棉“纤维杂合优势”分子基础的研究
　　大部分纤维发育基因在四倍体和二倍体同一亚组(At-A2，Dt-D5)内没有发生明显的结构变异，但亚组间(A2-D5，At-Dt)的结构差异比较明显;四倍体陆地棉与二倍体(GhAt-A2、GhDt-D5)基因组间的核苷酸多态性都稍大于海岛棉与二倍体(GbAt-A2、GbDt-D5)基因组间的核苷酸多态性。上述结果表明了在四倍体进化过程中，纤维发育同源基因的结构没有发生明显变异，同时四倍体陆地棉At、Dt亚组的变异程度都稍大于海岛棉。
　　在四倍体进化过程中，陆地棉和海岛棉都表现为Dt亚组的进化速率比At亚组较快。同时陆地棉At、Dt亚组的进化速率总体上都大于海岛棉。上述结果说明了在棉花漫长的进化历史中，Dt亚基因组受到了较强的人工选择压力，同时海岛棉与异源四倍体的祖先种亲缘关系更近。
　　纤维发育基因在棉花四倍体At、Dt染色体组上的异源等位基因的互作表达模式可分为四种类型，其中四倍体At或Dt亚组促进表达(At、Dt共促进，At促进、Dt抑制，At抑制、Dt促进)现象在四倍体陆地棉中占80％，在海岛棉中占90％，这说明在四倍体A、D基因组异源杂合之后，四倍体At或Dt亚组上异源等位基因的互作表达模式发生了明显改变。通过进一步表观遗传调控研究发现:大部分纤维基因在不同倍性棉花染色体组上的同源基因的表达与其启动子甲基化水平呈现负相关关系，表明了异源四倍体陆地棉在多倍化过程中纤维发育相关基因的表达受其启动子甲基化的负调控作用。
　　综合上述结果得出结论:在棉花二倍体野生棉D5和亚洲棉A2基因组异源杂合形成四倍体栽培棉AADD（陆地棉和海岛棉）的过程中，纤维基因的结构没有发生太大变异，但A、D基因组异源杂合之后，四倍体的表达量总体上明显上调，可能是不同倍性染色体组上的纤维同源基因在启动子区域发生了不同程度的甲基化，通过对下游基因的表达进行负调控作用，进而影响了四倍体At、Dt亚组上异源等位基因的互作表达模式，最终表现为四倍体在纤维性状上的杂合优势，即“纤维杂合优势”。