除了棉纤维,棉籽是棉花加工中的主要副产品,富含大量的蛋白质和脂肪。然而,棉酚及其衍生物沉积在腺体中使棉籽对人和单胃动物等非反刍动物有毒性,棉酚含量仅0.15%～0.20%就可产生很严重的中毒现象,致使营养丰富的棉籽不能被直接食用。棉酚是一种贮存于棉花色素腺体中的倍半萜烯类化合物,在根尖培养实验中证实棉酚主要在根部合成,然后运输到腺体内积累。棉酚也是植株自身防御病虫危害的重要组成部分,若植株部位缺少棉酚会导致棉花病虫的危害而影响产量。遗传分析表明Gl2e基因是控制腺体有无的显性基因,为Gl2和Gl3的复等位基因,并对Gl2和Gl3显性上位,在Gl2e基因的存在下能够消除棉花植株部分和种子的所有腺体,并导致低棉酚含量。在本研究中构建了[(TM-1×海1),(TM-1×N1),(TM-1×N7)]三个海陆F2群体,共2197个单株,利用361对SSR引物将Gl2e定位在分子标记w5383和w7954之间。Gl2e与w5383和w7954的距离分别为0.5cM和0.6cM。根据遗传定位结果,对候选区段内7个候选基因的进行表达分析,结果显示ORF2在有腺体材料和无腺体叶片之间存在显著的转录水平表达差异。该基因编码一个全长1428bp的bHLH转录因子,无内含子。在有腺体材料和无腺体材料之间存在3个SNPs,导致一个氨基酸的差异。根据此基因的SNPs设计引物重新进行遗传定位,引物与表型之间紧密连锁,并无分离单株,确定该基因就是控制腺体形成的关键基因。在单节显性腺体材料中,gl2和gl3基因中均发生了碱基插入,导致提前终止。利用病毒诱导的基因沉默(Virus induced gene silencing,VIGS)技术验证Gl2e的功能。Gl2e基因沉默后,表达量下降、腺体形成受到明显抑制,新生叶片和茎杆腺体逐渐减少,叶片中半棉酚和棉酚含量显著下降。在有腺体材料TM-1中Gl2e基因被沉默和未沉默的叶片转录组比较分析结果显示,4293个基因在正常叶片和Gl2e干扰叶片中差异表达,其中2276个基因在干扰后上调表达,1306个基因下调表达。上调表达的基因主要富集在光反应、细胞壁降解、蛋白质合成;下调表达基因显著富集在次生代谢、茉莉酸信号和WRKY转录因子家族。棉酚生物合成途径中的重要基因如TPSs家族在干扰叶片中显著下调表达,表明腺体与棉酚生物合成之间存在密切分子联系。色素腺体是棉酚及其衍生物的主要存储器官,腺体的有无、密度与棉酚含量密切相关。本研究通过图位克隆成功获得了一个控制腺体的关键基因Gl2e,为棉花等多倍体材料的图位克隆提供宝贵经验。也将帮助我们阐明腺体形成的分子机制,搞清棉酚的生物合成与棉花色素腺体形成的之间的调控网络,从根本上解决棉籽利用的问题,进而有目的地进行育种,特别是培育"植株有腺体种子无腺体"的新型棉花品种。