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多倍化是种质创新和植物育种的重要途径。草棉作为二倍体栽培种,目前虽没有被广泛种植,但具有其它棉种所没有的优良性状,如极早熟性、耐高温、抗旱、抗盐碱、抗卷曲叶病毒等。利用染色体加倍之后基因产生的剂量效应及多倍体优势,期望培育产量高、品质好、抗性强等综合性状优良的草棉同源四倍体新种质,有效拓宽棉花的种质资源。本研究以实验室前期合成的草棉同源多倍体后代S1为材料,对其进行流式细胞仪、形态学、细胞遗传学和SRAP分子标记鉴定,证明了多倍体的真实性且成功获得草棉同源四倍体S2种子。然后继续对草棉同源四倍体S1、S2进行了形态、细胞、生理生化指标等方面的比较鉴定,进一步探讨四倍体育性的恢复情况。对草棉同源多倍体与二倍体亲本进行转录组学研究,比较分析多倍体与二倍体间基因表达的差异,并对富集显著的通路作进一步分析,以期获得同源多倍体与二倍体相比的差异表达基因信息,为在基因表达水平上研究同源多倍体草棉和二倍体草棉的倍性差异提供依据。主要结果如下:1.实验室前期以草棉为材料加倍诱变获得了同源多倍体草棉,本试验以草棉同源多倍体后代S1为材料,与二倍体同时种植,从流式细胞术、形态学、细胞学和SRAP分子标记四方面进行多倍体植株的鉴定。流式细胞倍性鉴定表明:以二倍体的荧光峰值作为参照,8株后代中有5株三倍体和3株四倍体。形态学鉴定表明:二倍体表现为株高、茎细、叶薄、叶片较小、叶色翠绿、花朵较小;三倍体和四倍体则表现为植株矮小、茎秆粗壮、叶片增厚和皱缩、叶片较大、叶色浓绿、花朵较大。细胞学鉴定表明:随着倍性的增加,气孔密度呈下降趋势,而气孔长度、叶绿体数和花粉粒直径均呈上升趋势;二、三和四倍体草棉在花粉母细胞减数分裂过程中均出现正常和异常行为,包括单分体（0.17%,2.50%和2.17%）、二分体（0.33%,0.67%和0）、三分体（4.17%,10.00%和2.33%）、正常四分体（94.83%,54.00%和73.67%）、异常四分体（0.17%,0.33%和0.83%）和多分体（0.33%,32.50%和21.00%）;异常多分体均不能形成正常花粉粒,所以三者的正常花粉粒所占比例分别为95.33%、58.83%和77.67%。SRAP分子标记鉴定表明:三倍体和四倍体不仅扩增出与二倍体完全一致的条带,还出现了条带的缺失与新的特异性条带,其中三倍体的遗传比例分别为80.81%、6.73%和12.46%,四倍体的遗传比例分别为76.59%、10.37%和13.04%,从分子水平证明了草棉多倍体的真实性。2.以草棉同源四倍体S1、S2为材料,对其进行流式细胞术、形态学、细胞学、生理生化指标和SRAP分子标记鉴定。流式细胞鉴定表明,5株S1中有1株三倍体和4株四倍体,7株S2中有1株非整倍体和6株四倍体。其它性状统计结果表明,在植株形态、叶片性状、相对叶绿素含量、花的表型、气孔性状方面,S2较S1相比正在趋于稳定;S2正常四分体（85.17%）和正常花粉粒（87.33%）比例都较S1有所提高,证明减数分裂行为也趋于正常;同时S2叶片中SOD、POD、CAT、MDA、可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸含量也显著大于S1及二倍体亲本;SRAP分子标记进一步证明了S1和S2的真实性,以及染色体加倍之后亲本基因组之间还发生了突变和染色体重排;在结实率、种子大小和纤维长度方面,S2较S1也有所增加,进一步表明通过染色体加倍成功合成了草棉同源四倍体新种质,育性已经恢复并于S2代趋于稳定。3.以草棉二倍体（CK）和前期多倍体鉴定获得的同源三倍体（T）和同源四倍体（M）植株为材料,进行转录组测序分析。DESeq差异分析结果表明,CK vs T、T vs M、CK vs M分别有4166（2832个上调,1334个下调）、4037（1766个上调,2271个下调）、4184（2679个上调,1505个下调）个DEGs,有205个DEGs是不同倍性植株两两比较的3组间共同表达的。GO功能分析表明,DEGs在膜的固有成分、膜的组成部分、催化活性等途径差异显著。KEGG富集分析表明,DEGs在类黄酮生物合成、苯丙烷生物合成、光合作用-天线蛋白等通路较为活跃。通过富集分析筛选CK vs T和CK vs M中与倍性相关的DEGs发现,多倍体在应激反应（62.46%和54.84%）、逆境反应（57.42%和53.85%）、细胞（70.16%和66.22%）、代谢（72.73%和66.14%）、生物活性物质和抗性（60.33%和63.37%）、光合（58.06%和63.16%）等方面的差异基因大都是上调表达,这可能是导致多倍体优势的关键因子。Nr注释信息CK vs M中共获得27个与抗性相关的基因（19个上调,8个下调）,11个与光合相关的基因（9个上调,2个下调）。对不同倍性草棉与光合相关的27个DEGs进行聚类分析发现,18个（66.67%）基因在四倍体中表达丰度最高。对3组间共同表达的205个DEGs进行Nr注释和表达情况分析发现,有30个基因都表现为上调表达,且在四倍体中表达量最高,7个基因都表现为下调表达,且在四倍体中表达量最低,这37个基因可能是受DNA剂量影响或是与植株倍性相关的基因。研究结果进一步表明多倍体植株在抗性、生长势、新陈代谢以及光合速率方面均优于二倍体。