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玉米(Zea mays)是一种重要的粮食作物和经济作物。雄性不育系在玉米杂交种子生产中具有重要应用价值。花药角质层和花粉外壁是花粉形成的两类保护性结构。在拟南芥(Arabidopsis thaliana)和水稻(Oryza sativa)中,部分控制花药角质层和花粉外壁发育的基因已被克隆。然而,在玉米中仅有少数几个基因被克隆,且它们的分子机制尚不清楚。通过筛选实验室Mutator突变体库,我们获得了一份雄性不育系-ipe1,应用图位克隆和分子生物学等方法,对IPE1基因进行了克隆并初步阐明了它调控玉米育性的分子机制,主要研究结果如下:(1)表型分析表明ipe1仅花药发育异常,其余器官发育无显著变化;与野生型相比,散粉期ipe1花药不能从颖壳露出,变小,萎蔫;碘-碘化钾染色证明ipe1花药无成熟花粉粒形成。(2)细胞学分析发现ipe1花药角质层和乌氏体形成受阻;突变体减数分裂是正常的,而柱状层发育异常导致孢粉素随机堆积和花粉粒外壁不规则,从而使小孢子从单核中期开始逐步降解;绒毡层相对于野生型降解提前。(3)通过图位克隆和等位性测验的方法,我们克隆了 IPE1基因,可能编码一种葡萄糖-甲醇-胆碱氧化还原酶。RT-PCR,qRT-PCR和原位杂交实验显示IPE1基因特异地在幼嫩的雄穗中表达,且在四分体和单核小孢子前期的花药绒毡层中表达量高。(4)生化分析显示突变体ipe1花药脂肪酸显著减少;与之相对应地是,RNA-Seq数据分析说明部分参与脂肪酸合成和延长、蜡质合成和类黄酮代谢的基因的表达被改变。暗示着IPE1通过参与脂类物质的合成,从而调控花药角质层和花粉外壁的形成。(5)表型分析和表达分析证明:IPE1,MS26,MS45协同调控玉米花药发育。IPE1和MS26参与花药角质层和花粉外壁的形成,MS45参与花药角质层的成熟和花粉外壁的增厚。(6)进化树和拟南芥T-DNA插入系分析显示IPE1同源基因在雄性生殖器官发育中具有部分保守的功能。综上所述,IPE1是ω-羟基脂肪酸氧化途径中关键调节因子,与MS26和MS45协同调控玉米花药角质层和花粉外壁发育。我们的研究结果不仅为玉米雄性不育化制种提供了重要的基因资源;同时也丰富了玉米脂类物质合成的遗传网络。