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植物雄性不育材料是一种珍贵的种质资源,发掘雄性不育基因,研究明确其代谢调控机制,对玉米育种和生产应用均具有十分重要的意义。玉米姊妹交群体K305ms是自交系K305经辐射诱变获得的一个单隐性细胞核雄性不育突变体,由不育株K305S和可育株K305F组成,具有较好的应用潜力。前期已对该材料的细胞学特征、不育基因定位等进行了初步研究。本研究利用PCR扩增技术克隆不育基因ms305,通过基因表达分析明确调控模式;采用透射电镜技术观察花药超微结构,进一步明确其败育特征;对不育株和可育株花药进行脂质组学分析,探讨关键脂肪酸代谢差异与育性的关系,为后续败育机理研究和育种利用奠定基础。主要研究结果如下:1.参考ms33基因序列设计特异引物,利用PCR技术扩增ms305基因,测序结果用DNAMAN软件拼接发现,ms305基因由2个外显子和1个内含子组成,总长2161bp,编码523个氨基酸。与K305和K305F比较,K305S中ms305基因在第一外显子177bp处缺失6个碱基,编码缬氨酸(V)和天冬氨酸(D),位于第59和60氨基酸位置处。生物信息学预测,ms305编码蛋白的二级结构发生了改变,但亲水性质没有发生改变,2个氨基酸缺失可能导致与底物结合或转运受阻,影响蛋白转运功能。RT-PCR表达分析结果,随着花药发育的进程,在K305和K305F中ms305的表达量逐渐增加,而四分体时期和小孢子单核早期,在K305S中表达量急剧下降,预示四分体时期可能是败育的关键时期。2.采用超薄切片技术和透射电镜观察发现,K305F的花药和小孢子发育正常,能够形成成熟花粉。与K305F比较,K305S在花粉母细胞时期花药组织结构无明显差异;但在四分体时期花药中层壁未正常降解变薄,且一直存在到二孢花粉时期;小孢子单核早期花药绒粘层异常降解,且小孢子完全降解无法继续发育为成熟花粉。由此可见,K305S从四分体时期开始败育,最终败育时期为小孢子单核早期。3.通过液相色谱-质谱联用技术(LC-MS)进行脂质组学分析,在K305ms花药四分体时期共鉴定到1010种脂质分子,归类为25种脂质亚类。以VIP>1和Pvalue<0.05为标准,筛选出K305S与K305F间显著差异的脂质分子124种,主要为甘油脂类(TG、DG)、鞘脂类(Cer、CerGI、SM)和甘油磷脂类(PA、PG、PC等)。与K305F比较,K305S大多数差异脂质下调表达,仅27种Cer和24种TG和少数其他脂质上调表达。层次聚类结果与差异脂质分子组间比较分析结果一致。相关性分析发现,在K305S中上调表达的脂质DG(33:5)、DG(34:3P)、PG(47:3)和PC(32:0)与其它脂质之间都呈负相关关系,且多数相关系数趋于-1;而上述4种脂质之间,及其它剩余脂质之间呈正相关,多数相关系数趋于1,进一步阐明了不同脂质之间的互斥协同关系。4.通过气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)测定花药脂肪酸含量发现,从花粉母细胞时期至小孢子单核早期,K305F花药中脂肪酸总含量逐渐增加,而K305S逐渐减少,在四分体时期之前二者无显著差异,但在小孢子单核早期差异达到极显著水平。该时期花药中共检测到16种脂肪酸成分,与K305F比较,K305S中所有5种中链脂肪酸含量均无显著差异,而8种长链脂肪酸含量达显著以上差异。其中,长链脂肪酸棕榈油酸(C16:1)、亚油酸(C18:2)和α-亚麻酸(C18:3N6),在K305S中分别下调了43.97%、94.68%和55.29%,差异达极显著水平。推测ms305基因可能在花药聚酯生物合成代谢途径中发挥调控作用,影响了中链脂肪酸延长的代谢过程,导致花药脂肪酸含量不足,不能满足花粉外壁、花药角质层和绒毡层的发育需要,可能是K305S败育的主要原因。