水稻是重要的粮食作物之一,如何更加有效地提高水稻产量是全世界都关注的重要问题之一。水稻光敏感核不育(photoperiod-sensitive genic male sterile, PSMS)系(农垦58S)的发现与利用是水稻育种的又一次突破。利用不同杂交组合,前人已对控制这种光敏感核不育的基因进行了定位与遗传分析,研究发现pms3是直接导致农垦58S与农垦58育性分离的基因。本研究主要是分离克隆了pms3基因并对其功能进行了深入研究。pms3位于第12染色体上,比较测序发现,pms3在农垦58与农垦58S中仅存在一个SNP差异。：RT-PCR与RACE分析发现该定位区间存在多个转录本,我们分别将它们命名为Transcript-1、Transcript-2与Transcript-3。以农垦58S为转化受体,超量表达Transcript-1可以使农垦58S在长日照条件下花粉育性恢复。通过对Transcript-1的表达分析,我们发现Transcript-1的表达受光周期调控,在长日照条件下的表达显著高于短日照条件；对4个不同发育时期的幼穗进行了更为精细的表达分析,结果显示在长日照条件下,Transcript-1在农垦58S中的表达显著低于农垦58；而在短日照条件下,二者表达一致,不存在表达差异。结合遗传转化分析,我们确定Transcript-1就是我们寻找的pmms3基因。我们进一步对pms3区间的DNA甲基化程度进行了分析,希望能找出pms3在两个亲本中表达差异的原因。结果显示农垦58与农垦58S在pms3区间的DNA甲基化程度确实存在差异,而且编码区与启动子区域具有相反的DNA甲基化趋势：农垦58S中启动子区域的CG甲基化程度明显高于农垦58,我们推测农垦58S中pms3的表达下降与该基因启动子区域DNA甲基化程度升高有密切的联系。我们进一步利用生物信息学的方法预测pms3编码的蛋白质及其可能的功能,结果只预测到了一段很短的ORF。我们利用缺失转化的方法进一步验证pms3是否编码蛋白,遗传转化结果发现pms3是通过RNA发挥作用,编码一个长链非编码RNA (long non-coding RNA);同时们还发现pms3中包含SNP的52bp序列是必不可少的。RNA二级结构预测发现该区间存在类似茎环的二级结构,可能形成small RNA,通过对水稻small RNA数据库的搜索,我们也在该区间确实找到了几个small RNA。我们用stem-loop RT PCR的方法验证了它们的存在。综合上述结果,我们推测该区间形成的small RNA与DNA甲基化存在一定的联系,从而调节pms3的表达。我们还对定位区间其它基因进行了遗传转化与表达分析：位于pms3上游的基因AK111270超量表达之后,使农垦58S短日照育性恢复推迟。表达分析发现,在AK111270超表达植株中,pms3的表达下降,DNA甲基化分析发现pms3启动子区域DNA甲基化程度明显上升。对该区间的small RNA进行检测,发现AK111270超表达植株中small RNA的表达上升。我们推测AK111270的超量表达,使其内源的同源序列(即pms3的启动子区域)发生了RNA介导的DNA甲基化(RdDM),使pms3的表达下降,从而使农垦58S短日照育性推迟恢复。位于pms3反链上的基因Transcript-3超量表达后,对花粉的育性没有影响,但是它在小穗中特异表达,这种特异的表达模式暗示Transcript-3肯定有特异的功能。总之,定位区间内的转录本之间在结构上的紧密联系暗示它们的功能也可能相互联系,相互影响。水稻籼、粳亚种间的杂种优势的利用是提高水稻产量的又一重要途径。但是籼、粳杂种F1普遍存在的不育或者半不育现象使得籼、粳亚种间杂种优势的利用受到极大的限制。在水稻中存在一类特殊的种质资源称为广亲和品种,它们分别与籼稻和粳稻杂交,其后代均表现正常可育。S5基因是控制籼粳广亲和性状的一个主效基因。本研究的目的就是分离克隆水稻广亲和基因S5,并对该基因功能、作用机理进行深入的研究。S5编码一个天冬氨酸蛋白酶,比较测序发现,粳稻与籼稻S5编码区存在两个氨基酸的差别,分别由粳稻中的亮氨酸(Leu)与缬氨酸(Val)替换为籼稻中的苯丙氨酸(Phe)与丙氨酸(Ala)。对其进行体外表达与酶活性检测发现,S5在酸性条件下活性较高,并且S5的活性能被蛋白酶抑制剂pepstatin A抑制。我们还发现S5具有自我剪接的活性,在酸性条件下能自我剪接形成成熟蛋白。酵母双杂交结果显示S5可能以二聚体的形式发挥作用。我们还利用蛋白质组学的方法,尝试寻找S5的作用底物,并找到几个可能的目标蛋白。