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世界上大约有一半的人口以稻米为主食,如何提高稻米的产量一直以来是关于水稻研究的热点。杂交水稻的推广和应用,极大的促进了稻米产量的提高,为粮食的增产做出了巨大的贡献。在杂交水稻的生产应用上,利用雄性不育材料具有明显优势,能减少劳动力消耗,降低种子成本,可以提高种子纯度。同时,水稻雄性不育材料也是研究植物发育和形态建成的良好材料。因此对水稻雄性不育的研究不仅具有生产上的利用价值,而且还具有重要的理论意义。 本论文以水稻雄性不育突变体tapetum degeneration1(td1)为研究材料,通过表型分析、细胞学观察、遗传分析和基因定位等方面的研究,揭示了td1基因在水稻小孢子发育过程中的作用,主要研究结果如下： (1)td1是水稻品种台北309自然情况下突变的水稻雄性不育突变体,与野生型比较,td1突变体植株矮化,小花花丝细长、花药萎缩,呈白色或者淡黄色,没有散粉现象,套袋自交结实率为零；碘染实验表明,td1药腔内没有花粉粒,属于典型的“无花粉型不育”类型。 (2)对td1突变体各时期花药的石蜡切片观察发现：td1突变体可以产生正常四分体小孢子,但在小孢子形成期,绒毡层细胞延迟降解,致使小孢子从四分体中释放出来以后不能进一步发育,最终破裂消亡,药腔内充满了小孢子破裂后的碎片,花粉囊内无花粉粒,导致雄性不育。这一结果表明, TD1基因可能在绒毡层的降解和小孢子的发育后期中起到作用。 (3)以td1突变体作为母本,与水稻品种培矮64进行杂交获得F1代,F1植株表现为可育性状,由F1代自交获得F2群体。统计数据显示,F2代植株出现性状分离,可育植株与不育植株的分离比例接近3：1,说明突变性状是由一个隐形核基因控制的。 (4)选择td1/培矮64杂交所得的F2群体作为基因定位的材料,群体单株总数为3200株,其中雄性不育单株为768株。通过引物多态性分析,找出与突变表型表现连锁的分子标记。最终将基因定位在第4染色体标记H8314和H8490之间,两标记间遗传距离为2.5cM,同时,区间内的标记P17410和H8473同TD1基因表现共分离。 (5)为了确定td1基因的范围,我们对目的基因进行精细定位。通过自行设计SSR和InDel标记将TD1定位将td1定位在标记P1606和P1604之间,根据公布的日本晴基因组数据,这两个标记分别位于两个相邻的跨叠的BAC克隆上,物理距离为24kb,通过数据库比对分析,在该定位区间没有已知的控制水稻雄性不育的基因,因此TD1是一个新的水稻雄性不育控制基因。 (6)采用NCBI、Gramene、TIGR Rice Browse提供的在线预测软件,以日本晴基因组数据为参照,对精细定位区域进行ORF预测,在标记P1606和P1604之间预测到4个Loci,测序及TD1候选基因的确定正在进行之中。