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棉花是世界上最重要的纤维作物,在我国的国民经济中占有举足轻重的地位。近年来,因机械化程度低、劳动力成本升高、粮棉争地等问题,我国黄河流域和长江流域植棉面积快速减少。早熟棉是一种重要的棉花品种类型,其生育期较短,且吐絮期集中。培育更多早熟棉品种成为解决当前植棉困局的重要方法。棉花生育期和吐絮期主要取决于其开花时间,但是关于棉花开花时间调控的分子机制的报道较少,只有很少的开花基因被鉴定到。光周期是最可靠的外界信号,植物通过感知光周期来判断外界环境是否适宜开花,生物钟在光周期开花通路中扮演重要角色,但是生物钟基因在调控棉花开花时间中的作用仍然未知。LUX、ELF3和CCA1是植物生物钟的重要组成基因,它们参与调控多个其它生物钟基因和输出通路中的基因,并且在多个植物物种中具有调控开花时间的功能。因此,本研究在27个植物物种中鉴定了LUX、ELF3和CCA1的直系同源基因,分析了它们的理化性质和保守性;通过分析GhLUX1、GhELF3和GhCCA1在早晚熟陆地棉品种中的表达差异,并对它们进行过表达和沉默,确定了它们在调控开花时间中的功能;最后初步探索了三个基因间的相互作用以及它们对开花基因的调控作用。主要结论如下:1.在27个植物物种中分别鉴定到42个LUXs、58个ELF3s和40个CCA1s。所有LUXs、ELF3s和CCA1s均为亲水性蛋白;并且所有LUXs的等电点大于7.5,而绝大多数ELF3的等电点小于7.5,说明LUXs和ELF3s在植物细胞中带有相反电荷,这为它们在植物细胞中的可能互作提供了必要的理化条件。系统发育分析结果显示,属于相同科目的物种中的LUXs和CCA1s被分到了同一分支,而双子叶植物中的ELF3s被分成了两个分支。LUXs、ELF3s和CCA1s的外显子-内含子结构十分保守。LUXs和CCA1s蛋白含有较长的保守基序,并且都含有一个Myb DNA-binding结构域,但是ELF3s蛋白含有较短的保守基序,并且不含有任何已知的结构域。此外,LUXs和CCA1s启动子上保守基序的分布比ELF3s启动子上保守基序的分布更加保守。在陆地棉、拟南芥和水稻中,LUXs和CCA1s的昼夜表达节律比ELF3s的昼夜表达节律也更加保守。这些结果表明,在植物进化过程中,LUXs和CCA1s发挥的功能可能是保守的,而ELF3s发挥的功能可能是多样的。2.在长日照（Long Day,LD）、短日照（Short Day,SD）、恒亮（Constant Light,LL）、恒暗（Constant Dark,DD）的光周期条件下,早熟陆地棉品种Z50和晚熟陆地棉品种GX11中,Gh FT及其上游调控基因GhCOL1和GhTEM1都表现出昼夜表达节律,说明棉花开花基因的表达受到生物钟的控制。在LL和LD下,Z50中GhLUX1、GhELF3和GhCCA1具有较高的表达水平（除了LD下的GhCCA1）;而在SD和DD下,GX11中GhLUX1、GhELF3和GhCCA1具有较高的表达水平。这些结果表明,在长日照条件下,晚熟陆地棉品种可能具有更强劲的生物钟振荡,而在短日照条件下,早熟陆地棉品种可能具有更强劲的生物钟振荡。对黑暗中的Z50在不同时间开始连续光照处理,发现光照可以重置GhLUX1、GhELF3和GhCCA1的表达节律,但是在不同时间开始光照,重置后的生物钟振荡节律并不相同,这可能导致了不同的Gh FT,GhCOL1和GhTEM1表达模式。3.过表达GhLUX1、GhELF3和GhCCA1的拟南芥开花时间变晚,并且莲座叶增多,抽薹时间变晚。过表达GhLUX1、GhELF3和GhCCA1改变了拟南芥生物钟基因的表达,包括At LUX、At ELF3、At ELF4、At CCA1、At LHY和At PRR7。在三个基因的过表达株系中,At FT的表达大大降低,导致了它们开花推迟;At FT上游调控基因——At CO、At TEM1、At GI和At FKF1的表达变化可能是At FT表达量降低的原因。通过病毒诱导的基因沉默的技术（Virus-Induced Gene Silencing,VIGS）,沉默GhLUX1、GhELF3的棉花开花提前,VIGS沉默GhCCA1的棉花开花推迟。三个基因中的任何一个被沉默后,另外两个基因的表达量也出现了上调或下调,说明了生物钟基因间的相互调控关系。此外,VIGS沉默GhLUX1、GhELF3和GhCCA1后,Gh FT,GhCOL1和GhTEM1的表达也发生了相应变化,这可能导致了棉花开花时间的改变。4.亚细胞定位分析的结果表明,GhLUX1、GhELF3和GhCCA1都定位在细胞核中,说明它们都在细胞核中发挥功能。转录激活试验结果表明,GhLUX1在酵母中具有转录激活活性,而GhELF3和GhCCA1没有转录激活活性。将GhLUX1分成GhLUX1-N（1-154 Amino Acids,AAs）和GhLUX1-C（155-337 AAs）两部分,发现GhLUX1-N具有转录激活活性。酵母双杂试验结果显示,GhLUX1-C与GhELF3、GhELF3-N（1-460 AAs）、GhELF3-C（467-705 AAs）都能够发生互作,说明GhLUX1可能是被夹在了GhELF3-N和GhELF3-C的中间;双分子荧光互补试验结果显示,GhLUX1与GhELF3的互作发生在细胞核中,说明GhLUX1可能招募GhELF3到下游基因的启动子上,调控下游基因的表达。酵母单杂试验和双荧光素酶试验的结果表明,GhCCA1能够结合GhLUX1和GhTEM1的启动子上的夜间元件（AAATATCT）并抑制转录。