目前,水稻、玉米、油菜等作物均已实现了依赖雄性不育系大面积生产杂交种,并在生产实践中取得了瞩目的经济效益。在小麦杂种优势利用方面,我们课题利用自主研发的小麦新型化学杂交剂SQ-1,诱导小麦产生生理型(PHYMS)不育并实现了小麦杂交亲本的随机组合,并组配出了一批杂交小麦新品种(材料),如西杂1号、西杂5号、西杂9号等,但其不育机理目前仍未研究清楚。本文从花粉粒物质积累层面,探讨了PHYMS花粉粒败育与能量物质积累、花粉粒结构之间的关系。随后,高通量测序鉴定了花药特定组织小RNA的表达,并分析了不育和可育材料同一时期差异保守mi RNA及其靶基因功能;最后,利用电子克隆技术获得了一个与生理型雄性不育相关的花粉特异性表达的基因序列,并对该基因做了初步研究,获得的主要结果及结论如下:1.首先通过形态观察发现,特定时期特定浓度的SQ-1可以诱导西农1376小麦株型、雌蕊活性等方面不受影响,但雄性不育率可以高达99%以上;单核晚期至三核期,PHYMS-1376小孢子细胞核分裂迟缓,大部分小孢子细胞核在二核期停止分裂,即使少数小孢子可分裂至三核期,但核型也表现为不正常的圆点状。2.通过扫描电镜及光学显微镜观察CK-1376和PHYMS-1376小麦三核期花粉粒外壁外侧和各发育时期物质(淀粉、蛋白质和脂类)积累表明,与CK-1376相比,PHYMS-1376花粉粒呈干瘪的不规则多面体,且花粉粒外壁无乌氏体或营养物质富集;PHYMS-1376绒毡层细胞降解代谢持续时间延长(四分体时期提前开始,二核期仍有部分绒毡层残留),致使花药绒毡层细胞内营养物质不能定时足量地释放出来以供给小孢子正常的生长发育,最终导致花粉粒体积减小,内壁结构发育不充分,缺少必要的物质积累,最后表现为花粉粒雄性不育。值得注意的是,本研究首次发现了小孢子的另外一种物质摄入方式,花粉粒内壁通过花粉粒萌发孔用内吞的方式将绒毡层代谢的乌氏体或球状体摄入进小孢子内。3.通过建立CK-1376及PHYMS-1376花药小RNA文库,本文在四个小RNA库中分别获得小RNA Clean Reads序列数11351207、11446429、11671120、11407681和Unique Reads序列数3984769、3812079、4132493、4792376,并且在四个数据库中共确定了归属于78个家族的102个保守的mi RNA。此外,分析小麦花药中差异表达的保守mi RNA,结果发现mi R9774、mi R397、mi R159、mi R9652、mi R396、mi R9664、mi R9655、mi R9661、mi R9663、mi R160、mi R9658、mi R9774.mi R9677等多个mi RNA可能参与花药结构发育及花药内物质代谢途径。同时,通过比较CK-1376和PHYMS-1376花药单核早期和二核期已知差异mi RNA靶基因,并对这些差异靶基因进行GO功能注释和KEGG代谢途径分析,发现分别有4个和94个靶基因被注释到了Path Way上,其中单核早期参与代谢途径(Metabolic Pathways)的靶基因占50%,二核期参与植物抗逆性互作(Plant-pathogen interaction)、代谢途径(Metabolic Pathways)的靶基因比例最高,分别为37.23%和17.02%。4.通过同源克隆获得了小麦完整的F8-1基因序列,编码165aa,分子量约18.2759k Da,等电点为4.86,同源比对分析发现F8-1蛋白与黑麦×硬粒小麦后代中扩增得到的F8-4蛋白的同源性高达100%。同时,F8-1蛋白具有pollen Ole e I的保守结构域,序列为Q-G-R-V-Y-C-D-T-C-R,且仅在小麦二核期和三核期花药组织中特异性表达。半定量结果显示,F8-1在PHYMS-1376花药二核期显著下调,且亚细胞定位发现该基因仅在细胞核中表达。最后F8-1基因功能研究发现,F8-1基因表达量下调会诱发一定程度的花粉败育,表明F8-1基因的表达与小麦花粉育性密切相关。