小麦突变体近年来逐渐成为分子生物学和遗传学研究的重要材料,花发育相关的小麦突变体的挖掘、创制以及特异性突变体的筛选是研究花器官形成和花发育基因功能最高效和便捷的途径。目前由于小麦转基因技术不成熟和自然环境条件下单基因突变难,导致了小麦花发育相关的突变体比较少。因此,在很大程度上限制了小麦花发育相关基因的功能分析。具有Ae.crassa细胞质(属D~2型细胞质)的小麦C303A表现为由雄蕊心皮化引起的完全雄性不育。因此,利用C303A雄蕊是研究小麦花发育分子生物学研究重要的原材料。鉴于此,本研究以雄蕊心皮化C303A和同型保持系303B为供试材料。使用显微技术对C303A和303B各发育时期的小穗、花药和绒毡层进行了细胞学和表型观察;为了进一步研究异源细胞质对雄蕊心皮化基因的影响,在确定雄蕊心皮化关键时期之后从转录组水平、生理指标和候选基因MADS-box基因家族分析等多个维度研究了异源细胞质导致雄蕊心皮化性状的表达,以此揭示异源细胞质由于核质互作导致雄蕊心皮化的分子机理。获得的主要结果如下:1.通过体式显微镜和石蜡切片等方法对雄蕊心皮化C303A花药和小穗进行观察。形态学观察结果表明,C303A的从四分体到三核时期生长发育过程中,雌蕊可以进行正常的受精结实,然而在四分体时期C303A的雄蕊就表现出花药颜色偏白并且有明显的畸形、褶皱的特征,在二核时期始形成羽毛状柱头,到了三核时期雌蕊和心皮化雄蕊的形态已经相似,羽毛状柱头都已基本形成。石蜡切片观察表明,C303A在四分体时期,绒毡层发生了提前降解并且出现畸形和空腔室现象,在二核时期发现胚珠原基和羽毛状柱头结构,到了三核时期珠被都已形成并对珠心形成了半包围。以上结果均表明雄蕊心皮化的关键时期为二核期。2.对C303A雄蕊心皮化关键时期(二核期)花药进行转录组测序分析,共鉴定出20444个差异表达基因,其中包括10283个上调基因和10161个下调基因。通过GO和KEGG分析得到了涉及雄蕊心皮化相关的重要通路(糖酵解糖酵解、氧化磷酸化、柠檬酸循环、丙酮酸代谢等通路)。此外,对转录组测序获得的MADS-box转录因子进行家族分析,发现一个重要候选基因(Ta AGL14)与小麦雄蕊心皮化密切相关。综合以上结果,我们构建了一个异源细胞质对雄蕊心皮化的转录互作调控网络。3.对构建的异源细胞质对雄蕊心皮化的转录互作调控网络进行验证表明,与303B花药相比,C303A花药中糖含量和ATP含量的匮乏、ROS过量积累以及重要代谢通路中相关酶的下调表达,进而难以维持花药的正常生长和发育。