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花粉包被又被称为含油层或花粉鞘，其主要成分包含脂肪酸、类脂质蛋白、黄酮类物质和类异戊二烯类物质以及其它一些未知化合物。花粉包被位于花粉粒最表层，它不仅能够保护雄配子免受高温、紫外、干燥和微生物侵染等外界恶劣环境因子的影响，还能在传粉授精过程中发挥重要作用，如它可以防止花粉自身水分散失、维持花粉活性以及影响花粉与柱头相互识别。花粉包被含量和组成成分异常，会导致某些植物出现条件敏感型雄性不育。例如，拟南芥蜡质缺失突变体cer1、cer2、cer3、cer6和cer8的花粉包被中脂肪酸成分异常，均表现为湿度敏感型雄性不育。因此，对花粉包被的形成过程、组成成分和功能进行研究，不仅具有重要理论意义，而且能指导条件敏感型雄性不育材料的创制，具有潜在应用价值。 本实验室前期研究发现水稻2，3-氧化鲨烯环化酶基因OsOSC12的功能缺失突变体E157具有湿度敏感型雄性不育特性，该突变体花粉包被中棕榈酸(C16∶0)、硬脂酸(C18∶0)和亚麻酸(C18∶3)含量显著下降，引起花粉粒失水速率过快，进而导致湿度敏感型雄性不育。本研究的目的是深入解析水稻湿度敏感型雄性不育的分子机制。主要手段是筛选新的湿度敏感型雄性不育突变体，克隆新的湿度敏感型雄性不育基因，并对基因功能进行分析。 通过在水稻开花期对稻穗进行套袋保湿，筛选到一个新的湿度敏感型不育突变体S4410。自然条件（RH＜60％）下，S4410的成熟花粉粒在散粉后快速失水干瘪且不能与柱头发生粘附，导致结实率不到10％;然而，其柱头能够接收野生型的花粉粒并使之正常粘附和萌发，表明它属于雄性不育，且雌配子体发育正常;高湿条件(RH＞80％)下，S4410的花粉粒恢复对柱头的粘附，结实率也恢复到80％以上，表明该突变体属于湿度敏感型雄性不育。透射电镜分析发现S4410的花粉包被成分缺失。此外，气相色谱和质谱联用仪(GC-MS)定量分析结果显示，S4410的花粉包被中棕榈酸、硬脂酸和亚麻酸含量显著下降，由此推测，该突变体花粉包被中这三种脂肪酸的含量变化与湿度敏感型雄性不育特性相关。 图位克隆分析发现，控制S4410湿度敏感型雄性不育的基因位于3号染色体上约80Kb范围内，该区段包含14个基因。其中，仅Os03g11350在花药中特异高表达，S4410中该基因编码的蛋白质在第307位由甘氨酸突变为天冬氨酸。Os03g11350被注释为UDP-糖基转移酶，属于UDP-糖基转移酶超家族73D亚家族。CRISPR/Cas9突变体分析和转基因互补实验验证了OsUGT是引起S4410产生湿度敏感型雄性不育的基因。转录组和RT-PCR分析均表明OsUGT基因在第8-9期花药中高表达;Western blot分析发现，OsUGT蛋白在第9-10期花药中高表达;mRNA原位杂交、GUS染色和绿色荧光蛋白融合表达分析均显示OsUGT在花药绒毡层细胞、花药腔和小孢子表面特异表达，推测其可能是在第9期花药的绒毡层细胞中大量合成，随后向花药腔和小孢子表面逐渐扩散。 非靶向代谢组学分析鉴定到9个化合物在突变体S4410中积累，体外酶催化实验发现其中5个能与OsUGT发生反应，暗示它们极有可能是OsUGT在植物体内的催化底物。GC-MS检测结果表明，突变体S4410和野生型中花11号的花药中棕榈酸、硬脂酸、亚麻酸和三萜酯的含量相当，S4410的花粉包被中却完全检测不到上述脂肪酸和三萜酯，由此推测，OsUGT可能影响它们从绒毡层细胞向花粉包被运输。不同发育时期花药的透射电镜分析显示:突变体S4410和E157绒毡层细胞的质体小球和脂质体形成和降解异常，导致脂类物质不能正常进入花粉外壁的空腔中形成花粉包被。本研究还筛选到其它6个湿度敏感型雄性不育突变体，其中2个为OsUGT的等位突变，另外4个受未知基因控制。 综上所述，本研究发现了突变体S4410的湿度敏感型雄性不育性状受糖基转移酶OsUGT控制，并与花粉包被中棕榈酸、硬脂酸和亚麻酸的含量变化显著相关。OsUGT在花药绒毡层细胞、花药腔和小孢子表面特异高表达，可能参与脂肪酸和三萜酯等脂类物质的糖基化修饰，促进它们从绒毡层细胞运输至花粉包被。本研究为深入解析花粉包被形成和湿度敏感型雄性不育的分子机制奠定了基础;同时为两系法杂交育种提供了更多不育材料。