棉花是重要的纤维作物,在特定杂交组合中表现出显著的杂种优势。细胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility,CMS)是植物杂种优势利用的重要途径。但由于棉花CMS类型较少,其杂种优势利用受到极大限制。因此,开展棉花CMS分子机制研究对于棉花种质创新和杂种优势利用具有重要意义。查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS)是植物类黄酮生物合成过程中一种关键酶,与植物花粉发育和CMS有着密切的联系。PPR(Pentatricopeptide repeat)基因家族作为恢复基因的一种重要基因来源,在植物的生长发育和细胞器基因的表达调控等多种生物学过程中发挥着至关重要的作用。在胞质雄性不育系统中,CMS诱导基因能够表达产生疏水的CMS特异性多肽(CMS-specific pelypeptide),Rf育性恢复基因(restorers of fertility)能够编码产生PPR蛋白,PPR蛋白能够调控相应的CMS诱导基因的表达水平,通过降低或抑制不育相关基因的转录,降低有毒蛋白的水平,从而能够使得CMS植株恢复育性,然而,对海岛棉(G.barbadense L)CHS基因家族和PPR基因基因家族系统、全面的分析,特别是与CMS关系的研究还有待完善。本研究利用海岛棉基因组信息,对海岛棉CHS和PPR基因家族特征进行了研究。对海岛棉不同组织器官及不育系H276A花粉败育不同阶段的CHS家族基因表达进行了分析,该研究结果将为花粉发育及花粉败育分子机制阐明提供重要理论基础。此外,还通过对海岛棉不育系H276A及其育性恢复材料H268进行PPR蛋白家族基因比较分析,获得序列差异PPR蛋白编码基因。为后续育性恢复基因的发掘提供理论基础。主要研究结果如下:(1)为了探索海岛棉查尔酮合成酶家族基因的特征,我们对海岛棉蛋白质数据库进行了搜索分析,共鉴定到20个Gb CHS基因,并根据Gb CHS蛋白序列的无根系统发育树将所有的Gb CHSs分为了五大类;基因结构分析表明,大部分Gb CHS基因由两个外显子和一个内含子组成;Blast分析发现Gb CHSs序列与Ms CHSs序列具有很高的相似性,说明CHS家族在物种间是保守的;共鉴定出20个基序,基序1、3、5和6属于Chal-sti-syntu-N结构域,基序2、4和7属于Chal-sti-syntu-C结构域;探讨了Gb CHS基因家族的扩增机制,共鉴定出25个重复事件(12个Gb CHS基因),包括23个片段重复事件和2个串联重复事件,Gb CHS基因家族扩增主要发生于片段重复事件,进化缓慢。(2)利用q RT-PCR方法对20个Gb CHS基因进行组织特异性表达分析。结果表明,Gb CHS家族基因在棉花不同器官中表达模式呈现多样性。进一步分析不育系与保持系中基因表达,并结合功能分析,推测Gb CHS06、10、16和19的异常表达可能与海岛棉不育系花粉败育有关。(3)以海岛棉H276A c DNA为模板,克隆Gb CHS16的CDS全长序列,Gb CHS16扩增片段长度为1158bp,并构建了p BI121-Gb CHS16-EGFP过表达载体基因。(4)通过生物信息学手段鉴定海岛棉PPR蛋白编码基因,并对其进行亚细胞定位预测与基因功能分析,进一步采用高通量测序技术,对海岛棉H276A及H268进行PPR蛋白家族基因鉴定,将获得的PPR序列与目前已获得的具有育性恢复的氨基酸序列进行同源比对并构建系统进化树。鉴定获得了912个PPR蛋白编码基因,其中846个在H276A和H268之间存在序列差异,一共获得7226个SNP和301个In Del差异位点,其中作用于线粒体的有2143个SNP和134个In Del差异位点。与植物已鉴定的具有育性恢复功能的PPR氨基酸序列进行同源比对,结果表明:xp＿016708712(LOC107923023),xp＿016710013(LOC107924193)与多个植物已鉴定的具有育性恢复功能的PPR氨基酸序列同源性达33%以上,且具有较近亲缘关系。