棉花作为世界性的重要经济作物,产生的天然纤维是重要的纺织工业原料。单细胞结构的棉纤维为研究相关基因在发育中的功能提供了一个良好的实验系统。大量基因在棉花不同发育时期表达,控制着胚珠和纤维的发育。而棉花纤维发育相关基因的克隆和遗传转化体系的建立为棉花重要基因的功能验证和目标性状的遗传改良奠定了基础。蔗糖合酶(SuSy, EC2.4.1.13)作为促使蔗糖进入各种代谢途径的关键酶之一,普遍存在于原核生物和真核生物体内。其产物二磷酸尿核苷葡萄糖(UDP-Glc)被认为是棉纤维细胞次生壁中纤维素合成最直接的底物。本研究从7235文库中获得了一段棉花蔗糖合酶基因片段,通过TAIL-PCR技术克隆得到了该基因基因组全长,一共为5582bp,包含15个外显子和14个内含子。并获得了2790bp的cDNA全长,其中ORF为2430bp,共编码809个氨基酸,将其命名为GhSUSA1。该基因属于糖基转移酶-1家族,包含典型的糖基转移结构域,并具有多处磷酸化位点。从两个二倍体棉种中分别得到了GhSUSA1基因序列,并证明陆地棉基因组的A、D亚基因组各存在一个拷贝。该基因在棉花各个不同组织中组成性表达,其中根和雄蕊中表达量高；在纤维发育不同时期表达量有差异,起始期和次生壁加厚期优势表达,伸长期胚珠中表达量高于纤维。分析该基因在不同遗传材料中的差异表达发现,该基因在两个无绒无絮突变体中0DPA表达被抑制,而在高强纤维品系7235中伸长期表达水平高于TM-1。GhSUSA1与棉花中其他两个蔗糖合酶基因比较,虽然在氨基酸序列上有一定相似性,但是这种相似性远小于不同物种同一类型基因间的相似性。无论从结构还是进化距离上来说,三个基因均有很大差异。我们利用反向遗传学技术,研究棉花蔗糖合酶(Socrose Synthase, SuSy)基因GhSUSA1在棉纤维发育中的功能。通过原核表达技术,从大肠杆菌中纯化到预期大小的由GhSUSA1表达的蛋白,酶活性测定发现其具有典型的蔗糖合酶活性。为进一步研究该基因的功能,用pBI121质粒载体分别构建了E6棉纤维专化表达启动子驱动的反义表达载体(E6AS-SA)和组成性CaMV35S启动子驱动的反义表达载体(35AS-SA);并利用农杆菌介导的遗传转化方法将两个载体导入棉花W0品系,通过棉花体细胞胚胎发生途径获得转基因植株；对每个再生单株都进行NPTII和启动子-基因特异的PCR检测,经过连续两个世代的选择,获得了12个转基因株系。Southern杂交分析表明,这12个转基因株系含有一个至四个拷贝不等。这些GhSUSA1的反义转基因株系表现出纤维显著变短的表型,部分株系纤维的强度和细度也有所变化。选取其中7个只有GhSUSA1被显著抑制的转基因纯合株系进一步分析其在棉花发育中的功能。定量RT-PCR和酶活性检测发现,GhSUSA1在四个E6AS-SA转基因株系5DPA纤维中的表达都受到了不同程度抑制、酶活水平降低；虽然没有引起最终纤维素含量发生变化,但是通过测定棉纤维中的糖含量发现,果糖和葡萄糖含量明显下降,蔗糖含量除了一个株系外也都有所下降,这与酶活水平是一致的。在35AS-SA的转基因株系中,除了发现纤维变短外,还有更明显的种子变小现象,铃重和百粒重均比对照有所下降,纯系种子的苗期生物量也出现下降；我们测定了三个35AS-SA反义株系10～20DPA种子中GhSUSA1的表达量变化,发现10DPA下降最明显,相应酶活水平也比对照有所下降,三种糖含量下降明显；成熟种子中淀粉含量的测定结果表明：转基因株系中淀粉含量比对照显著减少,尤其是抑制最为明显的45-49株系.这些结果表明,GhSUSA1基因在棉纤维中的抑制表达导致酶活下降,从而引起可溶性糖含量减少,缩小了伸长期纤维和种皮细胞之间的膨压差,引起纤维长度变短；而在棉花中的组成性抑制则影响了整个库强与生物量,使得种子淀粉合成量下降,减少了铃重和百粒重。为了进一步验证GhSUSA1基因的功能,用pBI121质粒载体构建了GhSUSA1的CaMV35S组成性表达启动子驱动的过量表达载体(35S-SA),用农杆菌介导转化胚性愈伤的方法将这个表达载体转入棉花W0品系。TO和T1代转基因植株有发生GhSUSA1正义共抑制的现象,但是也有植株出现了表达量升高的现象,并且过量表达该基的植株相应的糖含量和T2代苗期生物量均有所增加,还有部分株系出现纤维变长的表型,但是T1代有分离,具体结果需要通过纯系的获得进一步加以验证。此外,在进行棉花的遗传转化中,发现了一个性状可遗传的节间伸长的突变体株系,分析了该株系的表型变异并对其插入区段进行了初步鉴定。另外转基因过程还出现了芽黄突变体和卷叶突变体,这些突变体株系的获得,为棉花形态发育的分子生物学机理研究提供了宝贵的实验材料。