代谢组学在农作物研究方面的应用日渐增多。花药发育涉及遗传、生化与环境等各方面的复杂作用，其代谢组连接着基因型和表型，对花药发育非常重要。但是，人们对代谢组及其调控机理知之甚少。我们已经知道在水稻花药的发育过程中，MADS3缺失后花药变成褐色、出现氧化胁迫特征、超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性升高、细胞内ROS水平升高，金属硫蛋白MT-1-4b能在体外清除ROS，其基因启动子区域可以结合转录因子mads3等，但是不太了解其代谢层面的情况。本研究以水稻花药为实验材料，以代谢组为研究对象，采用代谢组学与基因表达谱分析相结合的方法，来研究和分析花药发育过程中MADS3对代谢组的调控作用，以此说明花药的代谢组及其调控机制。　　 通过代谢组学分析，我们在水稻花药中检测到氨基酸、碳水化合物、脂类、核甘酸、多肽、辅助因子、激素与次生代谢物等多个方面的代谢物;MADS3突变后，代谢组变化很大，有146个代谢物的浓度变化显著，PCA分析和PLS-DA分析表明突变体和野生型差异显著，有26个代谢物对这种差异的贡献特别重要。ROS应激明显影响突变体的代谢组，对突变体与野生型差异的贡献很大(7/26)，其羟基化脂肪酸和氧化脂上调，其中羟基化棕榈酸上升50.74倍;谷胱甘肽、抗坏血酸、类黄酮与VE等抗氧化物质的浓度显著变化。另外，含氮化合物与糖类对代谢组差异的贡献特别重要(24/26)，突变体的C/N变化显著，表现为氮库增加、磷酸己糖库降低，其中有部分代谢物与ROS相关。通过对全基因组表达谱芯片数据的分析，发现MADS3缺失后影响多项代谢相关功能，并且主要发生在花药发育的第9期，有87项;而第10、11期卷入的逐渐减少，分别是37项与3项。这些受影响的代谢功能在转录水平的变化与代谢层面的变化相呼应。　　 为了进一步寻找MADS3发挥调控作用的路径，我们观察了18个CArG-box元件基因以及所属的15项功能。这些功能基因作用于代谢网络的重要位点，如代谢通路中的限速酶等，改变磷酸己糖库、氮库、ROS应答及相关途径中某些有代表性的代谢物的浓度。花药发育第9期，所有CArG-box元件基因在突变体中的表达发生显著变化（突变体/野生型大于2或接近2），对应的代谢物变化也很明显;如低水平的己糖磷酸库与果糖二磷酸醛缩酶EC:4.1.2.13，果糖-1，6-二磷酸酶EC:3.1.3.11的对应CArG-box元件基因下调(Os06g0608700，-2.14;Os01g0866400，-2.31);谷氨酸脱羧酶(Os04g0447800，-4.12; Os03g0236200，-1.94)与增大的氮库(asparagine，8.82; glutamate，6.55)等。MADS3可能通过这些基因作用于代谢组。　　 在代谢组学的技术应用方面，我参加了与美国Metabolon公司的合作，为代谢组学研究平台的建设和运行工作。平台建设的主要阶段包括:1、准备实验场地、安装仪器设备、培训操作技术;2、赴美参加代谢平台技术培训;3、本土平台与美国实验室的协同验证实验等。现在具备检测样品和共享国外数据库的资质，已经为来自校内外的各种样品提供过代谢组学分析服务，如来源于植物、动物、微生物的样品等。　　 综合以上结果，MADS3能对糖类、脂类、含氮化合物、次生代谢物等各个方面的代谢产生影响，CArG-box元件的代谢基因涉及ROS与抗氧化、氮类代谢、碳水化合物代谢、脂类代谢及能量代谢等通路。本研究致力于代谢组学技术应用，对阐明花药的代谢调控机制有重要意义。