雄性不育遗传系统对于保持物种遗传多样性,增加物种对环境变化的适应性具有重要意义,是作物杂种优势利用的生物学基础,也是研究核基因与细胞质基因互作的重要遗传模型。花药是影响花粉发育的重要器官,对雄性不育系花药结构和发育的研究有助于探索花粉败育的原因,对深入认识植物的雄性不育机理有很大帮助。本研究所用的材料是60Coγ射线辐射诱变水稻中籼3037获得突变体mil3。与野生型相比,mil3突变体在营养生长阶段观察不到任何明显的异常且雌配子发育正常,但是最终却无法产生花粉,说明该突变体雄配子的发育受到了影响。主要研究结果如下：1.MIL3基因的定位：以纯合的雄性不育突变体mil3为母本和Balilla进行杂交,以其F2群体(150株隐性个体)为定位群体,利用F2群体150株突变表型个体将该突变基因初步定位在STS标记S2和S3之间。在此基础上,我们进一步扩大突变体mmil3和Balilla的杂交后代群体,以F3分离群体中的300株突变表型个体进行目的基因精细定位。我们又发展了9个新的STS分子标记,最终将该基因精细定位于STS标记S10和标记S11之间。这两个标记之间的物理距离约为40kb,该区问内包含9个开放阅读框(ORF,Open reading frame)。对这9个ORF进行测序分析,结果发现其中8个候选ORF在突变体中的序列都与野生型的一致,只有一个ORF的第496位核苷酸处有单碱基的插入,第497和499位核苷酸处有单碱基突变,导致该位点之后的氨基酸序列发生变化。初步确定该基因为候选基基因,它是一个氧化还原酶相关基因。利用qPCR对MIL3基因的表达模式分析发现该基因在花药发育后期表达量最高。2.功能互补实验：利用3’RACE-PCR和5’RACE-PCR,我们得到了MIL3基因的全长序列。再将该基因的DNA片段(包含有起始密码子ATG上游,终止密码子TGA下游以及其ORF序列)通过BamH1酶切位点构建在植物表达载体pCAMBIA1300上,获得互补载体pC3-HB,并与其相应的空载体pC3-HBC转化杂合体植株的愈伤组织中,通过对其分化形成植株的基因型鉴定和表型分析,最终表明MIL3基因突变导致mil3突变体的表型。3.mmil3突变体的花药发育异常导致小孢子降解：通过观察发现mil3突变体花粉母细胞的减数分裂过程正常。新鲜花药的观察实验表明尽管野生型和突变体的小孢子体积都逐渐变大且存在萌发孔,但突变体中的小孢子从四分体形成之后一直处于皱缩的状态。利用花药的横向半薄树脂切片来探究mil3的花药出现突变表型的具体时期,发现突变体中的小孢子能够正常地从四分体内释放出来。随着小孢子的释放,突变体中绒毡层却出现异常的膨胀,而同时期野生型花药绒毡层逐渐被消化,后期突变体中大部分小孢子降解导致无花粉产生。5.MIL3的缺陷对上下游基因表达的影响：利用qPCR对MIL3基因的表达模式分析发现该基因在花药发育后期表达量最高。对影响绒毡层发育的五个基因MSP1,UDT1,TDR,DTC1和OsCP1的qPCR分析结果表明MIL3可能位于MSP1, UDT和TDR的下游,位于DTCI和OsCP1的上游。而孢粉素形成相关基因CYP704B2的表达水平没有明显变化。这些结果表明MIL3基因在绒毡层发育过程中起重要作用。