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水稻(Oryza sativa L.)是人类最主要的粮食作物之一。雄性不育是雄性器官发育异常或退化,不能形成有活力的花粉而雌蕊发育正常的现象。雄性不育在水稻杂交育种和杂种优势利用中处于核心地位,在保障国家粮食安全上意义重大,对水稻雄性不育的相关机制的研究具有一定的理论和实践意义。本研究通过细胞形态学分析及基因定位,主要结果如下:1.dmt1(defective microsporocyte tapetum1)是一个通过60Coγ射线辐射诱变松香早粳获得的一个稳定遗传的雄性不育突变体。将dmt1与亲本松香早粳杂交,F2群体中可育株与不育株呈典型的3:1分离,表明dmt1表型受单核隐性基因控制。与野生型相比,dmt1在营养生长期未出现明显的表型缺陷,在生殖生长期,尽管其花序和花器官能正常生长,颖花外形和花器官数目无明显表型缺陷,但其花药较小呈白色。经I2-KI染色发现dmt1突变体花粉数量减少,花粉皱缩变形,碘染不着色。DAPI染色发现,dmt1可进行正常的减数分裂释放出小孢子。石蜡切片和透射电镜的分析表明,dmt1从小孢子时期开始出现提前降解,主要表现为dmt1突变体的绒毡层染色较浅,空泡化较多,绒毡层细胞的细胞器呈溶解状态,内含物弥散,乌氏体减少,且花粉壁形成受损;随着花药的不断发育,野生型中液泡化的小孢子开始累积淀粉,最终形成成熟的花粉粒,但dmt1突变体的绒毡层和小孢子继续降解,最终仅剩萎缩的小孢子空腔。形态学的分析表明DMT1主要影响水稻花药减数分裂后绒毡层和小孢子的发育及花粉壁的形成。2.为了克隆DMT1基因,将dmt1与粳稻品系日本晴杂交,构建F2定位群体,利用已有的水稻基因组序列信息筛选多态性引物,通过BSA的方法发现目的基因与第3号染色体上的标记syrb3-7c紧密连锁,并通过F2单株进一步确认。为了进一步对DMT1进行精细定位,在syrb3-7c附近发展了有多态性的标记,同时通过对两个亲本重测序开发有多态性的标记。最终将DMT1基因定位到第3号染色体上标记syrb3-7c1-43和syrb3-7c1-6之间,物理距离为512kb。3.为了探讨DMT1可能参与的水稻花药发育调控网络,利用半定量RT-PCR分析了已报道的水稻花粉壁和绒毡层发育基因在dmt1突变体中的表达变化。其中4个花粉壁发育基因CYP703A3-3、CYP704B2、WDA1和DPW2,4个绒毡层细胞发育相关基因EAT1、DTC1、DTM1、GAMYB的表达明显改变,表明DMT1基因可能在水稻花药发育过程中具有重要作用。