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随着全球气候变暖,高温天气频繁出现,由此引发棉花雄性不育,进而导致产量降低。高温造成棉花雄性器官发育异常进而导致雄性不育的现象普遍存在,但是其分子调控机制仍不清晰。本实验室在前期研究中已鉴定到高温胁迫下在花药绒毡层细胞和小孢子中提前表达以及延缓绒毡层细胞程序性死亡导致花药不开裂和雄性败育的酪蛋白激酶基因GhCKI。本研究进一步针对棉花CKI基因家族的系统进化以及调控GhCKI基因在高温胁迫下花药早期提前表达的机制开展了分析,取得的主要研究结果如下:1.通过与拟南芥和水稻的CKI基因同源比对分析,分别从雷蒙德氏棉（G.raimondii）、亚洲棉（G.arboreum）和陆地棉（G.hirsutum acc.TM-1）基因组中鉴定到31、30和61个CKI家族基因。根据系统进化分析,该基因家族分为两大类,即I类CKI和II类CKI。结构分析结果表明,I类CKI和II类CKI蛋白质含有保守的激酶域,其氨基酸的长度和C末端同源性有差异。此外,CKI基因家族起源古老,至少存在于远古被子植物之前,参与了远古被子植物祖先的多倍化和三倍化事件。在棉花和可可的共同祖先分化之后,CKI基因家族参与了棉花特有的全基因组复制事件。2.棉花CKI基因家族的表达分析表明,22个基因在花药中优势表达和34个基因在高温胁迫下三个花药不同发育阶段（四分体时期,绒毡层降解时期和花药开裂期）有差异表达,暗示这些基因可能在花药发育过程及在花药高温响应中起着重要作用。同时对13个拟南芥Casein Kinase I-like（AtCKL）基因的表达模式分析发现AtCKL1、AtCKL2、AtCKL5–AtCKL9、AtCKL11、AtCKL12和AtCKL13在花中有表达。在高温处理后,AtCKL2和AtCKL7在花药发育早期的绒毡层和小孢子中表达,后期在花粉粒中表达,这与GhCKI的表达模式相似。3.为鉴定调控CKI基因在花药中高温诱导提前表达的关键因子,我们对拟南芥AtCKL2和AtCKL7启动子中的顺式作用元件及转录因子表达谱进行分析。结果表明,多个R2R3-MYB类的转录因子（例如,At MYB4和At MYB24）在花药发育的早期受高温诱导表达,且At MYB24能结合AtCKL2和AtCKL7的启动子并提高它们的转录水平。综上所述,R2R3-MYB转录因子可能在高温胁迫下对AtCKL2和AtCKL7在花药早期转录调控起着重要作用。4.基于AtCKL2、AtCKL7和GhCKI启动子序列分析,将GhCKI启动子进行截短分析,结果表明GhCKI基因启动子区段（-169～-478 bp）是该基因在花药发育中高温响应的核心区域。通过对棉花耐高温品系“84021”和高温敏感品系“H05”的两个花药发育时期（四分体时期和绒毡层降解时期）的表达谱中转录因子进行分析,获得241个差异表达的转录因子。无论是四分体时期还是绒毡层降解时期,棉花品系“H05”中的差异表达转录因子数目明显多于“84021”,且这些差异表达的转录因子主要是WRKY、AP2-EREBP、ARF、MYB等类型。5.我们对其中一个候选MYB基因进行了功能分析。GhMYB4编码一个R2R3-MYB转录因子;在高温胁迫下,该基因在花药早期的小孢子和绒毡层以及后期花粉粒中表达。酵母单杂交和凝胶阻滞实验结果显示GhMYB4能与GhCKI启动子结合。超量表达GhMYB4后导致雄性不育,暗示GhMYB4可能调控GhCKI基因在早期花药绒毡层和小孢子中的表达,进而影响花药发育。以上这些结果为CKI家族基因在花药发育过程以及在花药高温响应的作用机制提供了参考。