本文主要从以下几方面进行论述：　　第一部分 应用iTRAQ技术研究棉花应答立枯丝核菌侵染的蛋白质组变化　　立枯丝核菌（Rhizoctonia solani）是一种土传性腐生真菌，对多种重要的作物均能造成毁灭性的危害。到目前为止，关于宿主植物对立枯丝核菌侵染的抗病机制的研究仍然十分薄弱。本研究以重要经济作物棉花为研究对象，运用同位素标记相对和绝对定量（isobaric tag for relative and absolute quantitation，iTRAQ）蛋白质组学方法，分离鉴定棉花品种CRI35的病原菌侵染应答蛋白并解析其抗病的分子机制。主要研究结果如下:　　CRI35与陆地棉标准系TM-1的立枯丝核菌侵染实验表明:TM-1是立枯丝核菌易感品种，而CRI35则是中抗立枯病品种。CRI35植株在接菌36、60、84和108h后逐渐变弱。本研究对这四个时间点的侵染前与侵染后的CRI35幼苗分别取样，运用iTRAQ技术分析了应答立枯丝核菌侵染的抗性相关蛋白及其生物学过程。　　首先，优化了棉花根蛋白提取方法，得到高纯度，高质量的根部蛋白。随后利用iTRAQ分析鉴定在不同时间点接菌和未接菌棉花根部蛋白质组的变化。三次生物学重复共鉴定出5726个总蛋白及174个差异蛋白。差异蛋白中上调蛋白的数目是下调蛋白数目的1.5倍。热图分析显示在不同的侵染时间点差异蛋白的表达特征有所不同。用qRT-PCR验证部分差异蛋白编码基因的转录水平，结果表明，差异蛋白编码基因的转录水平的变化模式与iTRAQ鉴定的蛋白表达水平的变化模式具有一致性。　　对鉴定到的174个差异蛋白进行功能分类，共分成12个亚类。其中，28个差异蛋白参与了活性氧(ROS)代谢，16个差异蛋白与组蛋白修饰及DNA甲基化相关，表明氧化还原平衡和表观遗传调节在棉花防御立枯丝核菌的侵染过程中发挥重要作用。此外，参与苯丙烷生物合成的蛋白表达也发生显著变化，表明次级代谢可能也参与了防御立枯丝核菌的侵染。　　生物信息学预测表明，174个差异蛋白中大约36％是分泌蛋白，其中，21个为典型分泌蛋白，41个为非典型分泌蛋白。预测的分泌蛋白主要定位在质外体与细胞壁上。统计分析在每种功能分类中分泌蛋白的数目，结果显示，苯丙烷与木质素合成一类中有61.54％的蛋白是分泌蛋白。此外，也有比较高比率的分泌蛋白在PR蛋白、氧还平衡与JA/ET信号几类蛋白中。推测分泌蛋白在棉花防御立枯丝核菌反应中起到关键的作用。　　综上，棉花在立枯丝核菌侵染过程中的抗性反应是活跃且多层次的，多种与天然免疫途径相关的蛋白参与了对立枯丝核菌侵染的应答反应。　　第二部分 GhFIM2基因过量表达增加微丝束的形成从而促进棉花纤维的发育　　棉花纤维是由种皮表皮细胞分化发育而成，其发育过程分成四个阶段:起始期、伸长期、次生壁沉积期和成熟期。纤维发育的各个阶段与棉纤维品质的形成密切相关。微丝骨架在棉纤维发育过程中发挥重要功能。本研究中综合利用分子生物学、细胞生物学、生物化学和遗传学方法，分离鉴定了陆地棉微丝成束家族GhFIM2基因并对其在细胞内的功能及作用机制进行了分析。主要结果如下:　　利用定量qRT-PCR从陆地棉的10个FIM同源基因中筛选到在纤维发育中优势表达的基因CotAD_10836。该基因与拟南芥FIM家族中的AtFIM2同源性最高，因此将其命名为GhFIM2。qRT-PCR结果表明，GhFIM2在纤维发育快速伸长期优势表达。　　我们测量比较了野生型与3个T4代GhFIM2转基因株系在6-21DPA的纤维长度，并分析了纤维细胞在0-21DPA的伸长速率。结果表明，转基因株系的纤维细胞在快速伸长期生长加速。　　离心实验证明GhFIM2蛋白在体外具有微丝结合与微丝成束活性。亚细胞定位实验显示GhFIM2蛋白定位在微丝骨架上。微丝染色观察表明GhFIM2基因过表达的纤维细胞内的微丝束含量显著增加，微丝束变粗。　　GhFIM2基因过表达棉花的纤维强度提高。利用石蜡切片与透射电镜超薄切片的方法观察纤维次生细胞壁的结构，发现转基因纤维的次生壁厚度显著增加。对棉花纤维中的结晶纤维素含量进行测定，结果表明，转基因纤维中的纤维素含量显著增高。微管染色结果显示，GhFIM2基因过表达导致纤维细胞的微管方向重排时间比野生型提早大约两天。运用qRT-PCR检测纤维从伸长期到次生壁合成期转换阶段的标记基因GhCESAs与GhRLK1的诱导表达，结果表明，两种基因的诱导表达在转基因纤维中较野生型对照提前。　　综上，GhFIM2蛋白参与微丝骨架的动态重组，在棉纤维的伸长及发育阶段转换过程中发挥重要功能。此外，本文的研究为棉纤维品质的改良提供了一个新的候选基因。