玉米（Zea mays L.）是最早在生产上应用雄性不育(MS)的作物之一，利用雄性不育不仅能节省种子生产成本，而且也是提高种子质量的一条有效途径。育种家通过各种途径获得了大量的玉米雄性不育材料，但由于育性稳定性和细胞质弊病，以及败育机理仍不十分清楚，从而限制了其应用。因此，创制、鉴定和研究利用玉米新雄性不育材料，具有重要的理论和实践意义。玉米K932S是课题组利用自然突变获得的一份新雄性不育材料。本研究以姊妹交群体K932MS（由50％不育系K932S和50％可育系K932F构成）、K932S与正常自交系组配的正反交后代群体和回交群体、恢复系K932R为材料，通过遗传鉴定、细胞学观察、生理生化测定和转录组测序(RNA-seq)分析，结合生物信息学分析和qRT-PCR等技术验证，以期明确K932S的遗传方式、败育时期和特征，生理生化特性，以及关键代谢途径差异表达基因(DEGs)与K932S败育的关系，为后续研究应用提供理论依据。主要结果如下:
　　(1)与K932F相比，K932S营养生长期无表型差异，但散粉期花药退化，无花粉。不同地点、不同年份和不同季节种植发现，K932MS姊妹交后代和K932F自交后代可育与不育株分离比例分别为1∶1和3∶1。以7个自交系为母本，与K932S×A9-2组配的反交后代育性恢复;K932S与30个自交系测交，发现测交后代育性完全恢复1个，不育21个，育性不稳定8个;随着核背景的变化，会改变回交后代的育性表现，说明K932S育性受到核质互作的影响。因此，K932S是一个无花粉型、稳定遗传的核质互作型雄性不育系，不育核基因为隐性单基因。
　　(2)专效恢复分组鉴定和特异引物PCR鉴定发现，C型恢复系自凤1可恢复K932S的育性，K932MS特异性PCR扩增条带与CMS-CMo17条带一致。细胞学观察发现，K932S从二分体时期开始，花药绒毡层细胞径向膨大并液泡化，解体推迟，逐渐充满整个药室;二分体和四分体形态异常，单核早期小孢子体积进一步缩小，最终自溶解体消失。说明K932S属于二分体开始败育的C型细胞质雄性不育系，败育特征与现有典型C型不育系有所区别。
　　(3)生理生化指标测定表明，与K932F相比，K932S花药中4个发育时期可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸等含量大多显著降低，过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性显著降低，而过氧化物酶(POD)活性在造孢细胞时期和四分体时期显著升高。可见，K932S花药中营养物质严重不足，可能影响花药和小孢子正常发育;抗氧化系统关键酶活性变化，不利于有效维持细胞中活性氧含量的动态平衡。这可能是K932S败育的典型生理生化特征。
　　(4)RNA-seq结果显示，共筛选出2962个DEGs。K932S与K932R相比，这些DEGs在花粉母细胞、二分体、四分体和单核小孢子早期，分别上调68、101、85和1145个，下调83、179、79和1222个。4个时期显著富集的GO条目分别有0、7、4和158条，主要包括花粉发育、DNA复制、水解酶活性和氨基化合物生物合成等。暗示二分体和单核小孢子早期是败育的关键时期。
　　(5)KEGG Pathway富集分析，4个时期分别有48、104、56和1467个DEGs，分别富集在28、46、25和118条代谢途径。花粉母细胞时期主要包括淀粉与蔗糖代谢和脯氨酸代谢等;二分体时期包括DNA复制，角质、软木脂和腊质的合成等;四分体时期包括过氧化物酶体和黄酮类生物合成等;单核小孢子早期包括核糖体和氨基酸合成等。推测淀粉和蔗糖代谢，角质、软木脂和腊质合成，氨基酸合成等途径与败育相关。
　　(6)选取氨基酸合成途径中5个相关DEGs，K932S与K932R花药发育4个时期qRT-PCR相对表达量变化规律与RNA-seq结果一致;4个时期K932S花药脯氨酸、酪氨酸和丙氨酸含量均显著低于K932R。验证了氨基酸合成途径与K932S败育密切相关。
　　(7)关键代谢途径DEGs与K932S败育过程的关系，绒毡层发育相关基因上调表达，可能引起绒毡层细胞程序性死亡(PCD)异常，解体推迟;角质、软木脂和蜡质代谢相关基因下调表达，可能导致这些物质合成不足，引起花药退化;淀粉和蔗糖代谢、氨基酸合成代谢相关基因下调，可能导致能量和氨基酸等营养物质供应不足，使小孢子发育畸形，最终解体消失。研究结果为进一步揭示K932S的败育机理奠定了坚实基础。