红叶棉植株呈现红色，研究表明红叶棉植株中积累的色素主要是花青素。花青素在棉花中的积累可以有效抵御病原菌的入侵和害虫的侵袭。虽然红叶棉是一种优良的遗传资源，但红叶棉中花青积累的机制仍然不清楚，也没有关于花青素合成调控基因研究的报道。本文以帝国红叶棉和绿叶棉品种中棉所-24为研究对象，克隆了花青素合成与调控相关的基因并且进行了深入的研究。　　 帝国红叶棉胚轴、叶片以及花瓣中都能够积累花青素，并且植株中花青素含量与光照有关，进行遮阴处理的红叶棉叶片中花青素含量明显低于对照。绿叶棉品种中棉所-24各个检测部位花青素含量较低。通过对帝国红叶棉和中棉所-24的研究发现，花青素合成结构基因在两种棉花中的转录水平差异不大，而两种棉花花青素含量却差异明显。我们推测绿叶棉中花青素合成结构基因的转录可能与原花青素的积累及少量花青素合成相关。为了验证绿叶棉品种是否具有正常的花青素合成途径，我们将金鱼草中调控花青素合成的Roseal基因注射入中棉所-24叶片进行瞬时表达分析，同时利用农杆菌感染中棉所-24毛状根。结果发现叶片注射部位及毛状根中均积累了大量的花青素，转化部位明显呈现红色。因此中棉所-24具备积累花青素所必需的完整生物合成途径，帝国红叶棉与中棉所-24植株颜色的差异可能与花青素合成途径的差异无关。　　 在帝国红叶棉中克隆了一个MYB家族调控基因Ghi2，长度为744bp，编码247个氨基酸。Ghi2蛋白在R3结构域包含一个与bHLH共同作用的基序[DE]Lx2[RK]x3Lx6Lx3R。此外，在C端发现了一个KPXPR(S/T)F基序，这个基序在其它物种中调控花青素合成的MYB蛋白中也出现。同时我们克隆了帝国红叶棉中的Ghi2 DNA序列，发现其由3个外显子和2个内含子组成。中棉所-24中Ghi2 DNA序列具有相同的结构。Ghi2基因的表达量与棉花中花青素含量相关，在花青素积累较多的部位表达量明显较高。通过转基因实验发现，在金鱼草和中棉所-24毛状根中过表达Ghi2可以提高花青素结构基因的转录水平，并最终诱导花青素的积累。　　 为了分析Ghi2在红叶棉和绿叶棉中转录差异的原因，我们克隆了Ghi2的启动子序列。序列分析发现红叶棉Ghi2启动子在-359bp处有一段长度为228bp的插入序列，这个插入片段与其3端临近区域形成正向重复序列。以包含228bp插入序列的红叶棉Ghi2启动子(R1)和绿叶棉启动子(R2)构建表达载体，瞬时表达和转基因分析发现R1启动子在中棉所-24叶片和烟草植株中都能启动其所携带报告基因的表达，而R2启动子活性较弱，基本上检测不到报告基因的表达。因此，Ghi2在帝国红叶棉和中棉所-24中的转录差异与可能与启动子中的插入序列相关。　　 MYB转录因子在调控花青素合成基因的转录过程中通常需要bHLH的协助。我们在帝国红叶棉中克隆出了3个候选bHLH基因，分别是GhDEL61-7，GhDEL61-10和GhDEL65-18。通过瞬时表达分析发现，将过表达Ghi2与GhDEL65-18的两个载体共同注射入烟草叶片3d后，注射位点花青素含量最高。因此我们初步推测GhDEL65-18是棉花中参与花青素合成调控的bHLH家族基因。为了后续培育彩色棉的实验，我们构建了Ghi2与3个bHLH基因共表达的载体。　　 棉花遗传转化的周期长，严重制约了纤维发育研究的进程。窄叶蛇头草的花丝表皮细胞可以发育成纤维，与棉花纤维具有相似的发育机制。在本文中，我们建立了完善的窄叶蛇头草遗传转化体系，并且再生周期短，可以有效地缩短纤维发育研究的周期。