杂种优势是一个重要的生物学现象，已经被广泛应用到动植物品种选育中。目前，我国在水稻杂种优势利用方面处于世界领先地位，已经大面积推广并取得了重大成果。相对于水稻杂种优势利用的实践，水稻杂种优势机理尤其是高产机理并不清楚。　　 前期所构建的超级杂交稻组合两优2186叶片的SAGE表达谱文库结果表明杂交水稻叶片中与C4途径相关的基因表达大部分为上调。为进一步证明杂交稻中是否存在C4途径，我们选取了三个水稻杂交组合，包括两个超级杂交稻组合(两优培九组合、两优2186组合)和一个已经在生产上推广多年的杂交水稻组合汕优63组合，对灌浆期杂交稻杂种与亲本光合作用相关酶在基因表达水平和酶活性水平进行了系统的分析，同时对杂交稻杂种与亲本的光合特性进行了比较，结果进一步证明C4途径很可能存在于水稻中，并且在杂交稻中被进一步活化。　　 利用real-time PCR对C4途径相关的7个基因以及卡尔文循环相关的11个基因在三个杂交稻组合中进行了验证，结果发现两优2186组合7个C4途径相关基因中有6个上调表达与SAGE结果趋势基本一致。C4途径与卡尔文循环相关的基因的表达在另外两个组合中虽然存在一定差异，但是总体趋势与SAGE结果是一致的。同时，我们对水稻灌浆期剑叶中与C4途径和卡尔文循环相关的酶的活性进行了测定，并通过主成分分析方法(PCA)对C4途径相关酶在光合酶反应体系中的作用进行了分析，结果发现超级杂交稻C4途径相关酶是造成杂种与亲本产生差异的重要原因。　　 为进一步研究水稻杂种与亲本光合作用的差异，我们对从净光合速率、光响应曲线、CO2响应曲线等方面对三个水稻杂交组合的光合特性进行了比较。对水稻叶片净光合速率的测定发现，三个水稻杂交组合剑叶光合速率在灌浆期杂种明显高于亲本，平均比父本高10％，差异为极显著，暗示灌浆期可能是造成杂种与亲本产量差异的最重要阶段。通过测定杂交水稻灌浆期剑叶的光响应曲线发现，不管是新培育的超级杂交稻组合还是老的杂交稻组合，杂种在灌浆期剑叶的光响应曲线比其亲本更具有C4途径的特性。对其表观量子效率的分析也发现，杂种具有较高的表观量子效率，说明杂种在低光照条件下具有更高的光合碳同化效率，这一点也与C4型植物类似。对其CO2响应曲线的测量发现，杂种也具有一定C4植物的特征，其CO2补偿点显著低于亲本。对杂交稻与亲本的经济系数分析发现，杂交稻的经济系数显著高于亲本，说明杂交稻库、源、流更加协调，也暗示光合产物的转运对杂交稻产量优势的形成也起着重要作用。　　 此外，分析还发现杂种光呼吸途径基因丝氨酸-乙醛酸氨基转移酶(Serine-glyoxylate aminotransferase)基因的表达水平明显的低于其父母本。暗示光呼吸活性在超级杂交稻中比其父母本低。　　 综合以上分析，我们认为，水稻中很可能存在C4途径，并且这种高光合作用途径可能在水稻育种过程中被富集于杂交稻。该结论对理解杂交稻杂种优势机理具有理论指导作用，同时，我们的研究提供了一种基于诊断的生物技术育种思路，为进一步遗传改造和水稻育种提供了信息。　　 利用同源克隆和3RACE相结合的方法克隆了OsMBD1基因的全长序列，该基因为在cDNA-AFLP技术分析三个杂交水稻组合在杂种中特异表达的片段。同源性分析表明，其编码的氨基酸序列与己知植物等MBD蛋白家族有一个高度同源的区域，该区域主要具有与甲基化DNA相结合的特点。对该基因的基因组序列分析发现，该基因含有两个内含子三个外显子，其中第一个内含子较长，可能与该基因表达调控有关。Southern杂交和全基因组序列预测证明该基因只有一个拷贝，位于水稻12号染色体。　　 构建了OsMBD1基因原核表达载体，正确表达并纯化了该蛋白。通过凝胶阻滞电泳(EMSA)，对OsMBD1蛋白的功能进行了初步分析，发现该基因可以与人工合成甲基化DNA片段相结合，与已知大多数动物MBD蛋白特性相同但是分析发现该蛋白与已知拟南芥中的AtMBD11蛋白类似，同时也可结合非甲基化的双链DNA，但是不结合半甲基化双链DNA。　　 为进一步分析OsMBD1基因在水稻基因表达中的调控作用，构建了OsMBD1基因的单子叶正义和反义植物表达载体，并分别进行了水稻遗传转化。分子检测证明转化后代分别可以过量或抑制表达该基因。对后代表型观察发现，在水稻中过量表达该基因后，水稻植株表观形态发生变化，主要表现在：整个植株变矮小，有效分蘖数减少等。另外一个性状是过量表达后，水稻叶片出现坏死斑现象，推测可能与植物抗病有关。　　 通过基因芯片分析了转OsMBD1基因后代的表达谱，对OsMBD1可能调控的的基因进行了分析。在过量表达的转基因后代中发现了一个和坏死斑现象有关的基因splll表达上调，推测可能是造成该性状出现的直接原因。以上分析结果认为OsMBD1基因可能属于水稻基因表达调控网络中的一级调控，属于粗调，对于植物正常生长发育具有重要作用。　　 分析OsMBD1基因同时，对其启动子进行了初步分析。克隆了OsMBD1基因上游启动子区1.2K基因组序列，连接在报告基因GUS前，转化烟草。通过转化烟草发现，GUS基因在烟草各个部位都有表达，显示OsMBD1基因启动子具有组成型表达的特点，但是启动子活性显著低于对照35s启动子。　　 本研究首次对水稻OsMBD1蛋白的特性和功能进行研究，对进一步研究水稻表观遗传调控机理，以及水稻MBD蛋白的功能具有重要意义。