摘要: 棉花是我国重要的经济作物，是天然可纺织纤维的主要来源。陆地棉（Gossypiumhirsutum）和海岛棉（Gossypiumbarbadense）是目前最主要的四倍体栽培棉种，两者是同一起源、独立驯化的关系。陆地棉产量高，适应性好，海岛棉纤维品质更加优异，但产量却... 展开 棉花是我国重要的经济作物，是天然可纺织纤维的主要来源。陆地棉（Gossypiumhirsutum）和海岛棉（Gossypiumbarbadense）是目前最主要的四倍体栽培棉种，两者是同一起源、独立驯化的关系。陆地棉产量高，适应性好，海岛棉纤维品质更加优异，但产量却不高。陆地棉与海岛棉在进化与驯化过程中纤维品质差异形成的分子机制还有待深入研究。为此，我们收集了4个陆地棉（TM-1、4005、J220、XLZ42）和3个海岛棉（Hai7124、R4-4、3-79）的纤维发育不同时期的样品，使用转录组测序技术从多个维度比较海岛棉与陆地棉在纤维发育过程中基因表达的差异。 本文将转录组测序数据比对到参考基因组，比较不同材料纤维发育不同时期的基因转录表达水平。在陆地棉和海岛棉大部分组织中，亚组部分同源基因表现出D亚基因组的表达偏好性。3个海岛棉或4个陆地棉之间共有的产生偏好的直系同源基因较少，表明不同的陆地棉或者海岛棉材料亚组表达偏好存在差异性。层次聚类分析进一步显示陆地棉和海岛棉的基因偏好表达模式分成了2个大簇，10DPA的XLZ42和20DPA的3-79还具有相当多独有的偏好A或D亚基因组表达的基因。有461个和838基因分别在陆地棉和海岛棉10DPA和20DPA纤维中表现出截然不同的偏好性，表明部分纤维发育相关的基因在陆地棉与海岛棉独立驯化过程中发生了功能分化。 通过比较陆地棉与海岛棉纤维表达基因的组织特异性与时序差异，我们发现有703个基因只在TM-1中特异表达，不在Hai7124中表达；有623个基因只在Hai7124中特异表达而不在TM-1中表达。另外，有6791个基因表现出了不同的时空表达模式。在TM-1中有346个基因在10DPA优势表达，在Hai7124中推迟到了20DPA；279个基因在10DPA时优势表达，在Hai7124中推迟到了25DPA；367个基因在20DPA时优势表达，在Hai7124中推迟到了25DPA。将这992个延迟表达的基因比对到KEGG通路数据库中发现这些基因广泛参与了半乳糖代谢、蔗糖和淀粉代谢、糖异生/糖酵解、脂肪酸代谢和合成以及各种植物激素的信号转导等代谢和调控途径。对三个重要基因的qRT-PCR的验证表明其表达趋势与分析结果一致。 通过WGCNA分析，鉴定了与10DPA、20DPA和25DPA对应的关键模块和枢纽基因：在TM-1中，10DPA对应黑色模块，其中有1013个基因，包含101个转录因子；20DPA对应黄色模块，其中有3700个基因，包含211个转录因子；25DPA对应红色模块，其中有1430个基因，包含138个转录因子。在Hai7124中，10DPA对应棕色模块，其中有4948个基因，包含189个转录因子；20DPA对应绿色模块，其中有2400个基因，包含129个转录因子；25DPA对应蓝色模块，其中有5046个基因，包含781个转录因子。我们进一步比较了枢纽基因在陆地棉与海岛棉纤维模块中的分布，发现20DPA时，Hai7124中的三个枢纽基因在TM-1中依然对应20DPA，且具有较高的权重值（0.9~0.95）;10DPA时，Hai7124中的三个枢纽基因在TM-1中均对应5-10DPA，权重值为0.87~0.95；25DPA时，Hai7124中的三个枢纽基因在TM-1中分别对应0-1DPA、1DPA和5DPA。 总的来说，本研究通过转录组测序手段，系统比较陆地棉和海岛棉种间的同源表达偏好、直系同源基因时序表达和共表达调控网络这三方面的差异性，探明陆地棉和海岛棉纤维品质差异形成的关键基因及其分子调控网络，为棉纤维改良研究提供重要的基因资源。 收起