棉花作为我国重要的经济作物,有着十分明显的杂种优势,杂种棉具有产量高及抗虫抗病性优于亲本等优点。雄性不育作为杂种优势利用的基础,是遗传育种领域的重点和热点之一。雄性不育机理极其复杂,受复杂的基因网络精确调控,至今仍然没得到全面的认识和解析。Class III过氧化物酶（Class III Peroxidase,PRXs,EC 1.11.1.7）是陆地植物特有的一个庞大的过氧化物酶家族,催化氧化还原反应,广泛参与了生物体内的许多生理和发育过程。有研究表明Class III过氧化物酶对花药发育至关重要。本试验室前期研究表明一个ClassⅢ过氧化酶基因（Gh PRX107）在不育系的小孢子败育时期显著上调表达。本研究通过生物信息学方法对陆地棉（Gossypium hirsutum）TM-1基因组中Class III过氧化物酶家族基因进行鉴定和分析;以小孢子败育的细胞学特征不同的两个棉花细胞质雄性不育系亚棉A、晋A及其各自保持系花蕾为研究材料,对Class III过氧化物酶Gh PRX107基因进行表达模式研究,结合前期研究结果,初步分析了Gh PRX107基因与小孢子发育的相关性;克隆Gh PRX107基因,构建Gh PRX107基因特异性沉默的VIGS载体及过表达载体,并对其相应生理指标及表型进行观察比较,初步探究了Gh PRX107基因在小孢子发育过程中的功能。结果如下:1、从陆地棉TM-1基因组中共鉴定到166个Gh PRXs基因,随机分布于26条染色体上;Ka/Ks计算表明Class III过氧化物酶家族基因在进化过程中经历纯化选择;Class III过氧化物酶家族成员在启动子区域包含大量植物激素响应元件,表明Class III过氧化物酶家族基因在逆境胁迫响应中起到了重要作用。2、对棉花细胞质雄性不育系（cytoplasmic male sterility,CMS）不育系亚棉A、晋A及各自相应保持系小孢子败育过程中花蕾的Gh PRX107基因表达量进行比较发现,败育前和败育时期亚棉A不育系中Gh PRX107基因表达量都极显著低于保持系;而相应时期的H2O2和丙二醛（Malondial dehyde,MDA）的含量均比同期保持系含量低,花药绒毡层细胞延迟降解。而Gh PRX107基因在晋A不育系小孢子败育过程中花蕾的表达量及相应时期的H2O2和丙二醛的含量显著高于保持系,花药绒毡层细胞提前降解。由此,我们推测Gh PRX107基因可催化活性氧（Reactive oxygen species,ROS）的产生,而这可能与晋A不育系花药绒毡层的提前降解相关。3、通过同源克隆方法,克隆得到Class III过氧化物酶Gh PRX107基因c DNA序列,并对其进行生物信息学分析。棉花亚棉A、晋A及其各自相应保持系的Gh PRX107基因核苷酸序列仅个别碱基存在差异,c DNA序列均为999 bp,编码含有332个氨基酸残基的多肽,蛋白质结构也并无差异。表明Gh PRX107基因的表达模式不同并不是因为基因及蛋白质结构差异所造成的。4、通过Over-Lap PCR方法,构建了重组表达载体Gh PRX107-p ET-22b,在E.coli Transetta（DE3）中进行表达并进行了纯化及蛋白体外活性检测。结果表明Gh PRX107蛋白分子量为36k Da左右,具有过氧化物酶活性,并可以完成体外循环。5、构建了特异性沉默Gh PRX107基因的VIGS载体,发现有效沉默Gh PRX107基因后,沉默植株造孢细胞期花药中的ROS水平显著降低。构建了Gh PRX107基因的过表达载体,遗传转化拟南芥。相较于野生型拟南芥,转基因拟南芥花药中的ROS含量显著增加;花药石蜡切片观察比较表明,转Gh PRX107基因拟南芥有些花药的绒毡层细胞表现出提前降解的趋势,且形成的花粉粒少于野生型的拟南芥。上述结果表明:棉花Gh PRX107基因可通过产生ROS,使花药中ROS积累,导致绒毡层细胞PCD提前,从而影响花粉的发育。在转Gh PRX107基因拟南芥中有少量花粉粒形成,推测可能有其遗传冗余基因存在。