杂种优势利用是提高作物产量的重要途径。不育基因和可用不育系的稀缺,使得杂交小麦的生产规模和应用推广面积较少,全球杂交小麦的种植面积不到小麦总种植面积的1%。目前提高小麦产量仍依赖于传统的育种方法,杂种优势利用在小麦遗传与育种领域尚未实现重大突破。细胞质雄性不育的发展为小麦杂种优势利用提供了动力。目前正在探索温敏不育基因和细胞质雄性不育在小麦中的应用前景。为了研究小麦温敏细胞质雄性不育诱导过程中调控蛋白质活性的可能分子机制,利用蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学对YS3038小麦温敏雄性不育系的花药进行了研究,同时结合细胞学和生理生化方法,构建了YS3038-A的败育调控网络。通过氨基酸序列比对和分子生物学方法,鉴定候选基因并验证其功能。主要结论如下:1.YS3038-A的花药较薄且不开裂,小孢子皱缩,花粉败育导致不能灌浆形成种子。YS3038-A的花药壁和小孢子内大量细胞过早启动细胞程序性死亡过程。YS3038-A花药中糖类沉积不足,游离脂肪酸含量较高,H2O2和MDA积累量较高,POD和CAT产生速率较低,ATP总量较低。YS3038-A花药中能量不足和ROS沉积异常是导致败育的重要原因。2.蛋白质组学分析共鉴定到9072个蛋白,其中6959个可定量,669个蛋白显著上调,372个蛋白显著下调。差异蛋白（Differential abundance proteins,DAPs）主要定位在叶绿体、细胞核和细胞质中。GO分析发现下调的DAPs主要富集在孢子聚素合成、花粉壁形成和花粉发育。KEGG通路分析发现DAPs主要富集在氧化磷酸化、RNA剪接和脂质代谢。在蛋白质组数据中鉴定出126个转录因子,氨基酸序列比对发现有28个DAPs与水稻雄性败育有关的蛋白同源,大部分的同源蛋白的表达显著下调。YS3038-A能量代谢通路上蛋白表达异常是导致败育的原因之一。3.磷酸化修饰蛋白质组学分析发现磷酸化修饰肽段为9995,5019个磷酸化蛋白,其中4169个磷酸化蛋白可定量,975个显著上调的磷酸化蛋白和998个显著下调的磷酸化蛋白。YS3038花药的磷酸化事件主要发生在丝氨酸残基上。差异磷酸化蛋白（Differential abundance phosphoproteins,DAPPs）主要定位在细胞核、叶绿体和细胞质中。GO分析发现大量下调的DAPPs富集在“孢子母细胞的分化”,差异表达磷酸化位点被显著富集在RNA剪接。磷酸化蛋白质组数据中174个转录因子被磷酸化,95个表观遗传相关蛋白被磷酸化,369个激酶和82种磷酸酶被磷酸化修饰,得到YS3038不育系激酶-底物网络调控图。4.通过氨基酸序列比对,DAPs和DAPPs中发现了一些与水稻雄性不育相关蛋白的同源蛋白。Ta PDCD5在蛋白水平和转录水平上均显著上调表达。Ta PDCD5亚细胞定位于细胞膜和细胞核。YS3038花药发育对Ta PDCD5转录本丰度敏感,Ta PDCD5通过影响绒毡层和小孢子正常的PCD启动调控小麦雄性育性。5.小麦丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase,MAPKs）基因家族与TCMS育性调控有关,本研究鉴定到46个小麦MAPK基因家族成员,通过进化关系和理化性质分为ABCD四组,Ta MAPKs每组之间基因结构具有多样性,但组内成员之间结构具有保守性。片段复制对于小麦MAPK基因家族的扩张贡献最大。Ta MAPKs在小麦中的表达具有特定的时间和空间特征,小麦花药在高温和低温处理下Ta MAPKs被显著诱导表达。Ta MAPK011蛋白的亚细胞定位在细胞核,Ta MAPK011通过影响小麦花药原基有丝分裂和造孢细胞的分化调控小麦雄性育性。6.YS3038小麦温敏细胞质雄性不育系的败育能量代谢调控网络关系中脂质代谢、淀粉和蔗糖代谢以及氧化磷酸化（Ox Phos）代谢通路极大地影响了小麦花药中能量的供应,线粒体呼吸链在能量代谢中起着核心作用,不育环境中温和持续的氧化应激增加呼吸电子传递,增加ROS的生成和氧化应激的放大,从而启动YS3038-A花药PCD,导致花粉败育。