棉花是世界上重要的经济作物之一,能够为纺织工业提供优质的天然原料。木质素作为构成棉纤维的重要成分之一,含量仅次于纤维素。在次生壁增厚的过程中,木质素作为一种主要物质填充于纤维素骨架中。木质素具有H、G和S型三种不同的木质素结构单元,在棉纤维的形成中起着关键作用。然而木质素在棉纤维中的合成机制以及它与棉花纤维品质之间的关联尚不清楚。本研究中,基于对陆地棉(Gossypium hirsutum)重组自交系群体高强亲本、低强亲本、正向超亲子代和负向超亲子代的转录组数据的分析,筛选到参与木质素生物合成的候选基因。通过qRT-PCR鉴定了候选基因在纤维发育各时期表达量,该结果与转录组数据基本一致。从陆地棉基因组中共鉴定出与木质素合成相关的9个基因家族62个基因,包括9个PAL、4个C4H、1个C3H、7个COMT、2个F5H、6个CCoAOMT、14个4CL、7个CCR和12个CAD。木质素合成通路中限速酶肉桂醇脱氢酶(CAD),在陆地棉、海岛棉、雷蒙德氏棉和亚洲棉的基因组中分别有20个、17个、13个和12个。同一基因家族的旁系基因的FPKM值差异极大,表明它们的表达水平具有显著差异。转录组数据分析结果表明同一基因家族的旁系基因在纤维发育阶段呈现出特定的表达模式。为了研究木质素合成的分子机制,本实验研究了木质素单体合成过程中重要的限速酶——肉桂醇脱氢酶基因家族的系统发育进化和基因结构。结合上述结果,推测GhCAD7在调节木质素的生物合成中发挥着重要作用,S-型木质素和G-型木质素的比例对棉纤维品质具有重要的影响。最后,木质素通路小分子代谢物含量的统计分析结果显示位于S-型木质素合成分支的芥子酸、芥子醇和芥子醛为标记化合物。推测这三种化合物所在的S-型木质素合成分支可能在纤维品质的形成中扮演着重要的角色。本研究为区分不同品质的棉纤维材料提供了新的方法,也为探究木质素合成途径和木质素与纤维品质的关系的进一步研究阐明奠定了基础。