芝麻是重要的油料作物。与其他作物相比,芝麻的分子生物学研究刚刚起步,有关其图谱构建和转基因的研究还未见报道；棉花是重要的经济作物,棉籽中富含蛋白质和脂肪。近年来在棉纤维产量和品质改良方面的分子生物学研究已取得较多成果,但在脂肪酸代谢基因工程改良棉籽油组分及植株抗寒性等方面的研究却相对缺乏。为此本文开展了芝麻分子遗传图谱构建和棉花重要脂肪酸代谢相关基因的克隆研究。为今后芝麻标记辅助选择育种、QTL定位、图位克隆、以及芝麻和棉花的转基因育种和比较基因组学研究奠定基础。研究结果如下：1、芝麻分子标记的开发鉴于在构建芝麻分子遗传图谱时缺乏足够的可利用分子标记,本研究进行了基于芝麻转录组和基因组的分子标记开发与研究工作。一方面,利用现有的芝麻EST(expressed sequence tags)数据信息,在分析其中SSR (simple sequence repeat)分布特征的同时,开展芝麻EST-SSR功能性标记的开发和利用研究。在所有的3328条芝麻EST序列中共确认得到1785条非冗余EST序列。非冗余EST序列总长为774.266kb,平均每3.06 kb含有一个EST-SSR。EST-SSR的分布频率和特征分析表明,在所有≥18个核苷酸类型的重复基元中,二核苷酸重复基元出现的频率最高(50%),五核苷酸重复基元出现的频率最低(2.2%)。二核苷酸重复基元中又以AG/TC为重复基元(motif)的SSR出现最多,占总SSR的37.42%。利用含有SSR的EST序列,本文共设计开发了120对EST-SSR引物。另一方面,在分析前人发明的SAMPL标记的基础上,本研究开发了一种可广泛应用于各物种的新型、高效的分子标记,即RSAMPL (Random Selective Amplification of Microsatellite Polymorphic Loci)标记。该标记是AFLP标记技术的延伸,在AFLP标记技术最后的选择性扩增环节,采用一个AFLP引物与一个SSR引物来进行组配扩增。因该标记中SSR引物的来源既不受物种间限制,也不受SSR引物来源限制,其引物组合几乎是无限的,可遍及整个基因组,作为一种新的标记资源在基因组信息缺乏的物种中研究应用。2、芝麻分子遗传图谱的构建利用两个不同来源的芝麻栽培品种(中油所品种1134和四川荣县黑芝麻)组建了含96个单株的F2分离群体,通过EST-SSR. RSAMPL和AFLP标记在亲本及F2分离群体筛选,构建了第一张芝麻分子遗传图谱。该图谱包含30个连锁群,220个分子标记,标记间平均间隔为4.93cM,共覆盖936.72cM的遗传距离。连锁群上的标记数在2-33之间,平均每个连锁群上有7.33个标记。各连锁群长度在6.44-74.52cM之间,平均长度为31.22cM。基于图谱信息,本文首次对芝麻基因组的遗传距离进行估计,大小为1232.53cM,所构建连锁图谱的基因组覆盖率为76%。作为芝麻属,同时也是胡麻科第一张的分子遗传图谱,该图谱是芝麻基因组研究的起点,不仅对芝麻今后的基因组研究产生积极而深远的影响,而且也为进一步的图位克隆、种质创新和分子标记辅助育种等研究提供可能。3、棉花与脂肪酸代谢相关基因的克隆在深入了解植物脂肪酸代谢网络的基础上,本研究根据拟南芥、油菜等作物脂肪酸代谢关键酶基因的序列信息设计简并引物在棉花cDNA中进行同源克隆,并利用电子拼接和RACE技术,首次分离、克隆了七个在脂肪酸代谢过程中起重要作用的基因：(1)β-酮脂酰-ACP合成酶II (KASII)基因。该基因长为2085bp,开放阅读框长为1731bp；共编码576个氨基酸。BlastP结果显示,该棉花序列与已报道的大豆(Glycinemax)、油菜(Brassica napus)、向日葵(Helianthus annuus)的β-酮脂酰-ACP合成酶II (KAS II)分别有93%、91%和88%的同源性；(2)p-酮脂酰-ACP合成酶Ⅲ(KAsⅢ)基因。该基因长为1751bp,开放阅读框长为1206bp；共编码401个氨基酸。BlastP结果显示,该棉花序列与已报道的蓖麻(Ricinus communis)、紫苏(Perilla frutescens)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)的β-酮脂酰-ACP合成酶Ⅲ(KAsⅢ)分别有89%、88%和85%的同源性。(3)ω-3脂肪酸脱饱和酶(ω-3FAD)基因。该基因长为1905bp,开放阅读框长为1341bp；共编码446个氨基酸。BlastP结果显示,该cDNA序列与已报道的烟草(Nicotiana tabacum)、向日葵(Helianthus annuus)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)的ω-3脂肪酸脱饱和酶(ω-3 FAD)分别有84%、82%和78%的同源性。(4)甘油-3-磷酸酰基转移酶(GPAT)基因。该基因长为1845bp,开放阅读框长为1503bp；共编码500个氨基酸。BlastP结果显示,该cDNA序列与已报道的拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sativa (japonica cultivar-group))的甘油-3-磷酸酰基转移酶(GPAT)分别有91%和78%的同源性。(5)4-香豆素：CoA连接酶(4CL)基因。该基因长为1909bp,开放阅读框长为1725bp；共编码574个氨基酸。BlastP结果显示,该cDNA序列与已报道的茶(Camellia sinensis)、大豆(Glycine max)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)中的4-香豆素：CoA连接酶(4CL)分别有88%、87%和82%的同源性。(6)脂酰-CoA氧化酶(ACX)基因。该基因长为2268bp,开放阅读框长为1995bp；共编码664个氨基酸。BlastP结果显示,该cDNA序列与已报道的番茄(Lycopersicon Esculentum)、葡萄(Vitis vinifera)和大豆(Glycine max)的脂酰-CoA氧化酶(ACX)分别有92%、92%和91%的同源性。(7)β-氧化多功能蛋白质(MFP)基因。该基因长为2455bp,开放阅读框长为2166bp；共编码721个氨基酸。BlastP结果显示,该cDNA序列与已报道的葡萄(Vitis vinifera)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sativa (japonica cultivar-group))的β-氧化多功能蛋白质分别有89%、86%和83%的同源性。通过综合比较分析,初步预测在上述基因中,基因1-4参与脂肪酸合成代谢,它们调控贮脂和膜脂的生物合成,可能在种子脂肪酸合成的效率和比例以及棉花植株的抗寒性方面起作用；基因5-7参与脂肪酸分解代谢,它们调控脂肪酸及其衍生物的生物分解,可能在种子萌发至幼苗建成期间以及在植株应对病、虫等外界刺激中起作用。上述基因具体的功能验证有待进一步深入研究。