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小麦是当今世界上第二大粮食作物,在世界粮食生产中具有重要的作用。杂种优势的利用可以有效地增加作物产量,提高作物品质,小麦亦具有明显的杂种优势。利用小麦杂种优势提高产量是育种家主要目标,雄性不育系是研究杂种优势利用的重要种质资源。但由于雄性不育的机理依然没有清晰系统的解析,使得小麦杂种优势的利用很大程度上还具有一定的茫然性,至今未能在生产中大面积推广。因此,探索小麦雄性不育的机理,为小麦杂种优势在生产中广泛应用提供理论支撑。近年我们课题组利用非1B/1R系普通小麦品种细胞核与二角山羊草细胞质结合,选育出了二角山羊草型（B型）非1B/1R小麦核质互作雄性不育系,它具有不育性彻底,易恢复等优点,为研究和利用小麦三系育种拓展新的途径。为促进小麦B型细胞质雄性不育系大面积的生产应用,本研究以小麦B型细胞质雄性不育系及其保持系偃师9号为研究材料,通过形态学、细胞学及透射电镜等方法分析B型胞质雄性不育小麦花药的败育类型和特征,并结合转录组学和线粒体基因组学研究不育系花药败育分子机理,为深入探究小麦的不育机理积累数据支撑和科学理论基础,主要研究结果如下:（1）对B型胞质雄性不育系及其保持系花药组织形态学比较观察,不育系花药在成熟期形态皱缩干瘪,上下端不分叉,花药不开裂,没有花粉散出;小孢子DAPI染色不育系不能进行正常有丝分裂形成二核细胞,I2-KI染色显示花粉内部少量或几乎没有淀粉的积累。石蜡切片甲苯胺蓝染色结合透射电镜观察证明,不育系花药绒毡层细胞PCD过程起始于单核早期,且降解速率比保持系快很多,在三核期已完全降解,TUNEL实验结果再次证明不育系绒毡层提前降解;不育系外表皮角质层从单核后期至三核期没有明显的增厚变化,比保持系中较薄。B型胞质不育系花药绒毡层的提前降解使小孢子发育所需的糖和淀粉等物质以及能量供应不足,导致小孢子结构形成和发育受阻,最终导致败育,B型胞质不育系花粉败育可能主要发生在单核后期至二核期。（2）B型胞质不育系及其保持系在单核早期和二核期花药转录组学分析研究中共鉴定到713和9,106个差异表达基因,差异表达基因在二核期富集,花药内发生了复杂的代谢过程,这些差异表达基因主要参与了线粒体代谢及生物合成途径、淀粉与蔗糖代谢途径以及氧化磷酸化代谢途径,预示二核期是败育的关键期,能量和糖代谢与花药的败育有紧密的联系。（3）对糖外排转运蛋白目的基因Ta SWEET15进行克隆、qRT-PCR分析、亚细胞定位、功能验证、蛋白功能互作等分析,基因Ta SWEET15b-7A,Ta SWEET15c-7B和Ta SWEET15a-7D的CDS长度分别为933bp,933bp和927bp,与水稻Os SWEET15具有较高的同源性,小麦原生质体和烟草亚细胞均定位于细胞膜上;双分子荧光互补试验结果表明Ta SWEET15b-7A,Ta SWEET15c-7B和Ta SWEET15a-7D不是以形成同源二聚体的形式行使糖转运功能;酵母功能互补试验证明蛋白Ta SWEET15b-7A,Ta SWEET15c-7B和Ta SWEET15a-7D具有转运蔗糖的能力;实时荧光定量结果显示在单核早期花药不育系中三个基因表达量均显著低于保持系,可能影响了花药内蔗糖的转运,最终导致花粉的败育。（4）通过线粒体基因组测序,组装获得了B型胞质不育系及其保持系偃师9号完整的线粒体基因组数据。B型不育系线粒体基因组全长452,794 bp,GC含量为44.3%;保持系线粒体基因组全长452,453 bp,GC含量为44.3%,两者均包含34个蛋白编码基因、3个r RNAs基因和16个t RNAs基因;利用在线软件ORF-finder,在不育系和保持系线粒体基因组中分别预测到4,344和4,332个长度超过100bp的ORFs,比对分析发现有89和83个特异的ORFs分别单独存在于不育系和保持系线粒体基因组中;不育系和保持系线粒体基因组中鉴定出67个SNP位点,分散在19个蛋白编码基因（atp1,atp4,atp6-1,atp6-2,ccm FN,cox3,nad1,nad2,nad3,nad4,nad5,nad6,nad7,rps1,rps13,rps2,rps3,rps4）,这些分析鉴定得到的特异ORFs和SNP位点可能是导致B型不育系败育的关键因子。（5）结合B型胞质不育系及其保持系小麦单核早期和二核期花药转录组数据与线粒体基因组数据来鉴定RNA编辑位点,总共检测到3,559个C-U的RNA编辑位点,其中2,076个在intergenic region区,427和347个分别在upstream和downstream区,基因编码区有570个,剩余少量发生在其它区域;并且,发生非同义突变RNA编辑事件后,引起氨基酸的疏水能力增加。通过比较RNA编辑位点的编辑效率,发现编辑位点在非编码区的编辑效率基本一致,没有显著差异;然而,在一些蛋白编码基因的编码区,RNA编辑效率在两者之间存在显著差异,其中差异最大的是复合体V基因;进而对复合体V各亚基基因RNA编辑位点的编辑效率分析,发现atp4,atp6,atp8编辑效率在不同材料的同一时期相差很大,甚至如atp6-1基因的编辑效率在不育系中高达100%,而在保持系中该编辑位点却缺失,因此,推测复合体V相关亚基基因上RNA编辑效率的差异可能与B型胞质不育系的败育有关。探讨RNA编辑与不育的关系,为研究小麦细胞质雄性不育的败育机理提供了新的思路和方向。