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辣椒(Capsicum annuum L.)是一种世界性的重要蔬菜和加工调味品，也是我国栽培面积仅次于大白菜的第二大蔬菜作物。辣椒具有明显的杂种优势，利用细胞质雄性不育系生产杂种一代种子是辣椒杂种优势利用的最理想形式。因此，在应用上，选育辣椒细胞质雄性不育系深受重视。然而，在理论上，有关辣椒细胞质雄性不育的产生机制仍然存在很多不明之处，尤其在分子机理方面更是知之甚少。应用现代分子生物学理论及技术，深入探讨辣椒细胞质雄性不育产生的机制，将对提高辣椒选育种水平具有重要的指导意义。本研究以辣椒细胞质雄性不育系‘北A’及其相应保持系‘北B’和杂种F1为材料，从生理生化的角度探讨了内源激素与不育性发生的关系。在分子生物学方面，应用cDNA-AFLP技术，分析了辣椒细胞质雄性不育系及其相应保持系花蕾的基因表达差异；通过AFLP技术，对辣椒细胞质雄性不育基因进行了分子标记的研究。获得的主要研究结果如下：
(1)以辣椒细胞质雄性不育系‘北A’及其保持系‘北B’、恢复系‘B162’和杂种F1为材料，采用间接酶联免疫检测技术测定了各材料不同发育时期花蕾中内源IAA、ABA、ZRs和GA3的含量。结果表明，各种内源激素的含量在不育系与可育材料的花蕾发育不同时期大多存在显著差异；其中‘北A’花蕾中IAA的含量在各个时期均显著高于相应的保持系和恢复系，ABA的含量也显著高于可育材料，而ZRs的含量则显著低于可育材料。‘北A’花蕾中GA3的含量变化是在造孢细胞期至四分小孢子期呈缓慢降低的趋势，在四分小孢子期其GA3的含量低于可育材料花蕾中的含量。说明辣椒花蕾中较高的IAA和ABA含量及较低的ZRs和GA3含量可能与细胞质雄性不育有关。利用气相色谱法测定了各材料不同发育时期花蕾乙烯的释放速率和乙烯合成酶的活性，结果表明，‘北A’花蕾中乙烯的释放速率和乙烯合成酶的活性在四分小孢子期之前显著高于‘北B’，而在此后的单核小孢子期和花粉粒成熟期显著降低至接近‘北B’的水平，使两系的差异变得不显著。初步认为乙烯在辣椒雄性不育的表达过程中起着重要的调节作用。
(2)通过cDNA-AFLP技术比较分析了辣椒细胞质雄性不育系‘北A’及其保持系‘北B’蕾期基因表达差异，获得了19条阳性差异转录片段(transcript-derived fragments，TDFs)，其中在‘北A’花蕾中特异表达的有4条，在‘北B’花蕾中特异表达的有15条。通过对19条差异片断进行序列同源性分析与功能分类的结果表明，这些TDFs代表的基因涉及转录调控、防卫和胁迫反应、电子传递和能量途径、DNA或RNA代谢、蛋白质代谢、转运通道、未知或假定蛋白等，表明造成辣椒细胞质雄性不育的结果可能受到多种代谢途径的调控。
(3)以采用cDNA-AFLP技术分离得到的两条与辣椒花粉育性密切相关的差异片断A9T6-F269和A19T7-S213为研究对象，利用RACE技术对基因的cDNA全长进行了克隆，分别命名为辣椒可育基因A9T6(Capsicum Annuum Cytoplasmic Male Fertility Gene A9T6，简称CACMF-A9T6，GenBank接收号EU620581)和辣椒细胞质雄性不育基因A19T7(Capsicum Annuum Cytoplasmic Male Sterility Gene A19T7，简称CACMS-A1977，GenBank接收号EU620582)。半定量RT-PCR鉴定及序列分析的结果表明，CACMF-A9T6仅在保持系花蕾发育初期特异表达，其cDNA序列全长为1680bp，最大开放阅读框包括1542bp，编码513个氨基酸。CACMS-A19T7仅在不育系败育花药中持续表达，该基因的cDNA与DNA序列碱基组成完全一致，cDNA序列全长为898bp，缺乏明显的开放阅读框，但包含poly(A)尾部结构。碱基组成中A/T含量较高，达到了57.35％，预测的RNA分子二级结构实际折叠自由能非常低，只有-293.7kcal/mol，因此推测该基因是一个类似于mRNA的非编码RNA基因。序列经BLAST同源性比对分析的结果表明，CACMF-A9T6推导的氨基酸序列同野生葡萄未命名的蛋白产物存在77％的相似性，与拟南芥氧结合蛋白和细胞色素P450基因分别存在75％和78％的相似性。CACMS-A19T7部分核苷酸序列同烟草、矮牵牛、马铃薯、辣椒等植物线粒体基因组中CoxII基因存在95％以上的相似性，最大开放阅读框编码的79个氨基酸同前人从辣椒中分离的一段与细胞质雄性不育相关的蛋白(AA276183.1)相似性达到了100％。对此两基因的功能验证有待进行转基因研究。
(4)用AFLP技术对辣椒细胞质雄性不育系'北A'、保持系'北B'及其杂种F1代的线粒体DNA(mtDNA)进行了比较分析。找到了与'北A'相关的17条差异谱带，其中有5条谱带是在'北A'和F1中同时存在，但在'北B'中缺失的；另外12条谱带仅在'北A'中出现，而'北B'和Fl同时缺失。对17条差异谱带进行克隆和测序的结果表明，最大差异片段分子量为439bp，最小片段分子量为128bp。同源性比对分析发现，除了其中5个序列(A4T4、A4T7、A7T11-1、A7T10-b和A8T8-b)无同源序列存在外，其余序列分别同烟草中NADH脱氢酶亚基1和2、矮牵牛mtDNA中nad4L-orf25的嵌合基因、烟草线粒体中核糖体蛋白12、细胞色素氧化酶亚基Ⅱ(CoxII)等基因核苷酸序列存在90％以上的相似性。初步认为这些差异片断可能与辣椒细胞质雄性不育相关。并且成功地将其中一个在不育系中特有的强特异标记AFLP-A8T8转换成了SCAR标记。
(5)对辣椒细胞质雄性不育系‘北A’及其保持系‘北B’三个线粒体基因atpA、cob和nad2的RNA编辑情况进行了比较分析，发现除atpA基因外，其余两个基因在不育系与保持系中都存在不同程度的编辑。cob基因在不育系中的编辑位点有6个，其中5个位点为C．U的模式(18th、27th、38th、107th和145th位点)，一个位点为U-C的模式(118th位点)，编辑频率为2.91％；与不育系相比，在保持系中，cob基因保留了5处C-U的编辑，但缺失了118th的U-C编辑，同时增加了175th的G-T的编辑。nad2基因片段编码区在不育系中的编辑位点共有10个，其中7个位点为C-U的模式(23rd、34th、39th、41st、43rd、54th和63rd位点)，一个位点为U-C的模式(61st位点)，另外两个位点分别C-G(14th位点)和A-T(22nd位点)的模式，编辑频率为13.70％；但保持系的编辑位点除保留了不育系的7个C-U位点外，缺少了不育系的其余3处位点。同样说明RNA编辑的差异可能与辣椒细胞质雄性不育有关。