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以光敏雄性不育系（Photosensitive genetic male sterility,PGMS）为基础的杂种优势利用对于提高作物产量和品质具有极大的推动作用,而定位光敏雄性不育系的不育基因以及探索其不育机理是实现杂种优势的理论基础。杂种衰败（Hybrid breakdown,HB）是一种常见的生殖隔离,在许多植物和动物中均有发现。通常情况下,杂种衰败会造成F2（或之后）后代出现长势弱小和/或者不育的表型。作为世界上最重要的经济作物之一,棉花（Gossypium spp.）也会在种间杂交过程中出现杂种衰败。然而,引起棉花杂种衰败的相关基因及其潜在的遗传机制尚不清楚。本研究中,光敏雄性不育系‘中9106’被发现是陆地棉（G.hirsutum）和海岛棉（G.barbadense）的杂交后代,而且是两棉种杂种衰败的产物。进一步,我们对候选不育基因进行了定位,并分析了其雄性不育性状发生的作用机制。主要结果如下所示:1.与野生型相比,中9106具有较短的花丝和干瘪的花药;花药在发育后期不会开裂,经1%的碘-碘化钾溶液染色之后,中9106没有成熟的花粉。以TM-1和海7124为父本分别配置F2杂交组合对中9106的雄性不育性状进行遗传分析。不同群体的分析结果均表明中9106的雄性不育性状是受一对核基因控制的隐性性状。2.利用以全基因组测序为基础的分离群体群分法和以中9106×TM-1的F2群体进行的图位克隆,将中9106的雄性不育基因定位在D12染色体上。依据重组交换单株,将目的基因定位于QZD84和QZD38之间的2.1Mb区间内。候选区间内包含30个基因,其中24个在编码区域具有变异位点。重测序结果表明,中9106的D12染色体包含一个来自海岛棉的大片段替换（约从7Mb至41Mb）。但基于中9106×海岛棉的F2群体,发现中9106的雄性不育基因位于A12染色体,定位区间位于A12＿1156和A12＿1305之间大约15.9Mb的区间内。对比海7124的参考基因组,该区间包含138个基因。因此,中9106的雄性不育性状在陆地棉和海岛棉背景下分别受位于A12和D12染色体上的两对基因控制。基于此,推测中9106源于海岛棉和陆地棉的杂种后代,其雄性不育性状是由于两棉种之间杂种衰败的结果。3.鉴于陆地棉和海岛棉的异源四倍体特性,推测位于A12和D12染色体候选区间的旁系同源基因对可能为造成中9106雄性不育性状的候选基因。根据各基因的表达模式和相关变异信息,将基因对GH＿D12G1039和GB＿A12G1076作为候选基因。由于它们与拟南芥中编码类成束阿拉伯半乳糖蛋白的At FLA19基因序列相似,所以将棉属中的这些基因命名为Gossypium FLA19s（Go FLA19s）。基于各棉种Go FLA19s的氨基酸序列比对分析,推测Gb FLA19-D和Gh FLA19-A的类成束蛋白结构域和/或AGP结构域中的特异变异导致了它们的无功能化。CRISPR/Cas9介导的基因敲除证实了Gh FLA19s对与棉花雄性不育的作用。对来自不同棉种的大量棉花种质的变异分析发现,Go FLA19s的无功能等位变异发生在异源四倍体棉种形成之后。4.表达分析发现Gh FLA19-D在花药所有发育时期均显示出较高的表达水平。Gh FLA19-A除了在小孢子母细胞时期具有低水平表达外,在后续发育时期几乎检测不到其表达。RNA原位杂交的结果表明,Gh FLA19s主要在减数分裂时期的绒毡层和小孢子、四分体时期的胼胝质以及双核期的花粉内壁中表达。转录组和q RT-PCR分析发现Go FLA19s影响参与绒毡层发育、花粉外壁形成和花粉粒成熟过程中所必需基因的表达。