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棉花是我国的主要经济作物,随着全球气温升高,高温对棉花纤维产量和品质的影响愈加严重,因此研究棉花响应高温胁迫的机制至关重要。高温主要通过抑制光合作用和积累活性氧（Reactive oxygen species,ROS）对植物产生伤害,植物则通过改变许多基因的表达应答高温胁迫,消除或减轻胁迫产生的伤害。基因表达受到多种机制调控,其中DNA甲基化和组蛋白共价修饰等表观遗传修饰是调控基因表达的关键机制之一。模式植物响应热激胁迫的分子和表观遗传修饰机制目前已有报道,但棉花响应高温胁迫的这些机制目前还不清楚。本实验以陆地棉（Gossypium hirsutum）幼苗为材料,通过42°C短期（1 h、2 h、6h）、中期（1 d、3 d、5 d）和长期（7 d、10 d）高温处理,研究棉花应答高温胁迫的生理、分子和表观遗传调控机制。主要实验结果如下:（1）短期高温胁迫下,棉花幼苗未出现明显表型,热激蛋白（Heat shock protein,HSP）和热激转录因子（Heat shock transcription factor,HSF）编码基因表达增加。光合作用相关的Rubisco小亚基（Rubisco small subunit,Ruc S）、Rubisco大亚基（Rubisco large subunit,Ruc L）和Rubisco活化酶（Rucisco activase,RCA）编码基因的表达都有所增加,叶绿素含量和CO2同化效率等光合参数均缓慢增加,ROS积累与对照差异不显著。（2）长期高温处理条件下,热激蛋白和热激转录因子基因的表达增加显著,Ruc S、Ruc L和RCA的表达显著降低,光合作用受到严重抑制,棉花幼苗的株高和鲜重与对照相比显著降低。硝基四氮唑篮（Nitro blue tetrazolium,NBT）和二氨基联苯胺（3,3-diaminobenzidin,DAB）染色发现叶片中超氧阴离子和过氧化氢显著积累,并且过氧化物酶和超氧化物歧化酶的活性显著增强。衰老相关的己糖激酶1（Hexokinase1,HXK1）和乙烯反应因子1A（Ethylene reaction factor 1A,ERF1A）编码基因表达上调,叶片叶绿素含量显著下降,丙二醛含量显著上升,棉花叶片发生黄化萎蔫。（3）序列比对发现,HXK1和ERF1A的蛋白序列在拟南芥和棉花中高度保守,利用VIGS技术将棉花中的HXK1和ERF1A沉默后,基因沉默植株的高温抵抗能力显著提高。（4）高效液相色谱检测整体基因组的DNA甲基化,发现在高温处理1 h和7 d时DNA甲基化水平降低,其他时间点DNA甲基化升高或无明显差异。Western blot结果表明,组蛋白甲基化H3K4me2的含量在短期高温处理时上升,长期高温处理时显著降低,而组蛋白乙酰化H4K5ac的含量在高温处理后持续升高,并且其在长期高温处理时与对照差异极显著。（5）通过Chart-PCR找到了HSP3、Hsf A1a、Ruc S、HXK1和ERF1A的启动子脱浓缩区域。并且Chip-PCR的实验结果表明,HSP3和Hsf A1a的表达在短期高温时受到H3K4me2的正调控,而在短长期高温时则受到H4K5ac的正调控。在短期高温处理时Ruc S表达上调受到H3K4me2和H4K5ac的共同促进,长期高温胁迫下由于H3K4me2的修饰水平降低而导致Ruc S的表达下调;在长期高温处理时,HXK1的表达上调与H3K4me2和H4K5ac的修饰水平升高正相关,并且H4K5ac的修饰水平升高促进了ERF1A的表达上调。通过重亚硫酸盐测序表明,高温胁迫下HSP3和ERF1A的启动子区DNA甲基化水平没有显著变化,但Hsf A1a启动子区的DNA甲基化水平降低,DNA甲基化主要调控Hsf A1a而不是HSP3和ERF1A的表达。综上所述,高温胁迫能够通过氧化损伤和降低光合作用抑制棉花幼苗生长,另外DNA甲基化、H3K4me2和H4K5ac通过调控HSP3、Hsf A1a、Ruc S、HXK1和ERF1A等基因的表达对棉花高温胁迫尤其是长期高温胁迫做出响应,提高了棉花幼苗的耐热性。