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棉花是世界性的经济作物,它既是最重要的纤维作物,又是重要的油料作物。随着全球人口基数的增加,人们对棉花的需求量也日益增加。由于全球气候环境的变化和耕地面积的有限,高光、干旱等逆境胁迫会造成棉花减产,所以提高棉花的光合效率和对逆境的适应,实现棉花的稳产、增产尤为重要。光作为一种重要的环境因素,在种子萌发、植物光形态建成、植物开花和结果等的生长发育过程中发挥重要作用。但是当植物吸收的光能超过其利用能时,将出现光能过剩,过剩的光能会在光系统内积累,从而导致各种活性氧的产生,引起光合作用的光抑制,甚至导致光氧化、光破坏。植物对光的感受主要是通过一些光受体如紫外受体(UVR8),蓝光受体(PHOTs),隐花色素(CRYs),光敏色素(PHYs),而光对植物生长发育的调控以及高光适应主要由PIFs、HY5等一些转录因子来介导。其中,在光信号通路中HY5、GBF1等bZIPs处于信号通路中的交叉位置,是关键的调控元件。因此bZIPs类转录因子能响应光,其在光和逆境信号通路互作、调控光控发育、逆境适应方面有着重要的功能,然而bZIPs类转录因子在调控棉花高光及其它逆境综合适应方面的功能并不清楚。事实上,在进化过程中,棉花在光形态建成和对逆境的适应方面早已形成自己的机制。本文主要对陆地棉bZIP基因在降低高光对植物的伤害以及耐逆的功能进行相关研究,以期增加棉花对高光与其它逆境的综合适应,从而为棉花高光适应与耐逆的分子育种提供指导。本论文首先对陆地棉bZIP基因家族进行了系统进化分析,染色体分布分析发现,在各个染色体上bZIP基因几乎均有分布,利用GSDS2.0在线分析网站对bZIP基因结构进行了分析。其次通过不同光质和逆境转录组测序对响应不同光质及逆境的bZIP基因进行筛选,不同光质转录组数据筛选到26个成员,不同逆境转录组数据筛选到36个成员,结合启动子元件分析,对陆地棉高光适应与耐逆相关42个bZIP基因进行筛选与功能鉴定。不同光质处理下的表达模式分析结果表明,在弱蓝光、强蓝光、红光和白光处理下,GhbZIPl1、GhbZIP53、GhbZIP2、GhbZIP5、GhbZIP29、GhbZIP36、GhbZIP50、GhbZIP 58、GhbZIP60和GhbZIP61表达发生不同程度上调,表明上述基因可能在植物光响应及光适应方面发挥重要作用。不同逆境处理下的表达模式分析结果表明,在PEG6000、NaC1和低温处理下,GhbZIP1、GhbZIP5、GhbZIP29、GhbZIP35、GhbZIP36、GhbZIP41、GhbZIP44、GhbZIP50、GhbZIP51、GhbZIP52、GhbZIP53、GhbZIP55 和GhbZIP60表达发生不同程度上调,表明上述基因很可能是植物体参与抵抗逆境的重要基因。我们对响应光及逆境处理的基因进行了组织特异性表达分析,10个GhbZIP基因在根、茎、叶、花和胚珠中都有表达,不同组织中呈现不同水平的表达,其中GhbZIP1、GhbZIP2、GhbZIP 11、GhbZIP44、GhbZIP53、GhbZIP55、GhbZIP58、GhbZIP60、GhbZIP61均在花中表达量最高,GhbZIP42在茎中表达量最高,表明其参与调控多种生物学过程。最后我们对筛选出的bZIP基因进行克隆,并对其调控植物高光适应及耐逆功能进行鉴定。高光适应方面实验表明,在强光处理下,GhbZIP44等过表达并未显著提高转基因植株高光适应的能力,而GhbZIP58提高了转基因植株对高光适应的能力,GhbZIP58过表达植株的最大光化学量子产量Fv/Fm高于野生型,其活性氧清除基因发生上调。转基因植株对盐胁迫及干旱胁迫的耐受性分析结果表明,GhbZIP55基因过表达导致转基因植株在种子萌发和幼苗发育阶段表现出对ABA处理敏感的表型。GhbZIP53和GhbZIP58过表达提高了转基因植株对盐、ABA和干旱的抗性。植株发育实验表明,在盐与干旱环境中,GhbZIP53和GhbZIP58过表达提高了转基因植株的耐逆性。耐逆标记基因表达分析结果表明,GhbZIP58等基因可能通过调控活性氧及ABA合成提高植物对光及逆境的适应能力。综上所述,通过对陆地棉高光适应与耐逆相关bZIP基因的筛选,我们筛选到了响应光的基因26个,筛选到了响应逆境的基因36个,既响应光又响应逆境的基因15个。其中,高光适应基因GhbZIP58过表达有助于提高转基因植株对高光的适应能力,响应逆境的基因GhbZIP53和GhbZIP58过表达有助于提高转基因植株的耐逆性,响应逆境的基因GhbZIP55过表达提高了转基因植株对ABA的敏感性。