杂种优势利用是提高作物产量的有效途径,质核互作雄性不育(Cytoplasmic-nuclear male sterility,CMS)在作物杂种优势利用中具有重要作用。尽管诸多学者对大豆质核互作雄性不育开展了广泛研究,但其分子机理仍需进一步阐明。因此,本文拟开展大豆质核互作雄性不育系与其保持系的代谢组比较和相关基因的克隆及其功能研究,获得主要结果如下:1.利用广泛靶向代谢组学技术对大豆质核互作雄性不育系NJCMS5A与其保持系NJCMS5B的花芽进行代谢组比较分析,共检测到612种代谢物,通过|log2Fold Change|≥1和VIP≥1两个标准,筛选出74种差异代谢物,相较于保持系NJCMS5B花芽,在不育系NJCMS5A花芽中下调的代谢物有44种、上调的代谢物有30种,主要包括糖类、氨基酸衍生物、核苷酸及其衍生物、有机酸、类黄酮、异黄酮、奎宁酸及其衍生物、生物碱和糖醇类等。KEGG Pathway富集分析发现主要涉及的生物过程有异黄酮生物合成、类黄酮生物合成、精氨酸生物合成、脯氨酸生物合成和甘油磷脂生物合成等,推测这些代谢途径的变化,导致相关代谢物的积累异常,可能是不育系NJCMS5A雄性不育形成的主要原因。2.以大豆质核互作雄性不育系NJCMS5A及其保持系NJCMS5B的花芽为实验材料,利用可见光分光光度计、紫外分光光度计、酶标仪测定分析了类黄酮含量和总ATPase、蔗糖磷酸合成酶(SPS)、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)、抗坏血酸氧化酶(AAO)、过氧化氢酶(CAT)、总超氧化物歧化酶(T-SOD)、过氧化物酶(POD)等酶活性,结果发现相较于保持系NJCMS5B花芽,在不育系NJCMS5A花芽中类黄酮含量和总ATPase、PEPCK、CAT、POD活性显著下降,而T-SOD活性显著上升,SPS和AAO活性在不育系NJCMS5A与其保持系NJCMS5B的花芽中差异不显著,推测与能量代谢或胁迫响应等相关的代谢物或酶活性亏损可能是不育系NJCMS5A花粉败育的主要原因。3.综合本实验室大豆质核互作雄性不育系NJCMS1A及其保持系NJCMS1B的花芽小RNA测序和降解组测序结果,筛选出miR159e及其靶基因GmMYB33、GmMYB33-like进行克隆和其功能研究。从不育系NJCMS1A和保持系NJCMS1B的花芽中分离得到了 miR159e基因上游2000 bp的启动子序列,利用plant CARE在线软件进行顺式作用元件分析,发现其含有TATA盒和CAAT盒结构。qRT-PCR分析显示相较于保持系NJCMS1B花芽,miR159e在不育系NJCMS1A的花芽中下调表达,而其靶基因GmMYB33、GmMYB33-like在不育系NJCMS1A的花芽中上调表达,说明miR159e与其靶基因之间存在反向调控关系。进一步构建miR159e及其靶基因和启动子的过表达载体转化拟南芥,PCR检测结果显示获得了转基因阳性植株,组织化学染色实验结果显示GUS蛋白在miR159e Pro::GUS转基因拟南芥苗期的根、下胚轴和叶中均有表达,当miR159e Pro::GUS转基因拟南芥转入生殖生长期时,GUS蛋白在根毛、莲座叶、茎生叶和花药中均有表达;与WT植株相比,miR159e的转基因拟南芥出现了开花延迟、株高降低等异常现象,但花粉发育基本正常,同时在其靶基因GmMYB33、GmMYB33-like的转基因拟南芥中也出现了类似结果。