细胞质雄性不育(CMS)是油菜杂种优势利用的重要途径之一,同时也是研究核质互作的重要实验材料。因此CMS系统深受育种学家和生物学家的广泛关注。目前,在油菜生产中目前应用的CMS系统有:pol CMS、ogu CMS等。同时,在芸薹属中还有很多正在研究的细胞质雄性不育类型,包括nap胞质、Tour CMS、Moricandia arvensis CMS、Nsa CMS、NCa CMS、hau CMS、菘油CMS(inap CMS)等。细胞质雄性不育主要是由于细胞质中的线粒体基因导致的雄性不育,但是目前在油菜中线粒体基因如何导致雄蕊的败育还不十分清楚。油菜hau CMS不育性彻底、稳定,在生产上有很大的应用潜质。本研究利用油菜hau CMS不育系、保持系以及测恢F1可育植株等,通过细胞学、遗传学和基因组学等研究方法,对油菜hau CMS的线粒体基因组序列信息以及导致细胞质雄性不育的原因进行初步解析,本研究的主要结果如下:1.通过细胞学研究发现,hau CMS不育系败育时期发生在孢原细胞分化时期,雄蕊败育彻底,没有花粉囊的出现。hau CMS不育系雄蕊中的线粒体空泡化,细胞肿胀,发育后期细胞被中央大液泡填充,细胞凋亡,最终导致雄蕊败育。2.利用二代测序技术,完成hau CMS不育系和保持系的线粒体基因组测序。通过比较分析发现:同保持系相比,hau CMS不育系的线粒体基因组发生了大量的重组,hau CMS细胞质属于异源胞质。3.通过对hau CMS不育系和保持系的线粒体基因组序列对比,找出不育系和保持系特异的开放阅读框,利用这些未知功能的ORFs,进一步开发出不育系和保持系特异的SCAR标记,用来区分不育系和保持系;通过对hau CMS不育系和保持系的线粒体基因组的研究进一步证明植物线粒体基因组亚计量效应的存在;通过对种子植物中已经测序完成的线粒体基因组进行序列对比,发现芸薹属中黑芥和埃塞俄比亚芥菜的线粒体基因组跟白菜,甘蓝,甘蓝型油菜,芥菜型油菜的线粒体基因组不能够聚到一起。从线粒体基因组的角度进一步证明在禹氏三角中B基因组的遗传距离距A、C基因组远。4.通过对甘蓝型油菜中6种不同胞质的线粒体基因组进行序列对比,总共得到90条不同胞质类型特异的序列(MSSs)。利用这些不同胞质类型特异的线粒体序列,成功开发了12对不同胞质类型特异的SCAR标记,这些标记可以成功的将这6种不同的胞质区分开来;利用本研究开发的MSS标记,我们对全国各个育种单位的570份甘蓝型油菜的胞质类型进行鉴定,最终鉴定出了其中533份甘蓝型油菜的胞质类型。在甘蓝型油菜生产上目前应用的比较广的是nap胞质和pol CMS胞质类型。还有37份甘蓝型油菜的胞质类型没有被鉴定,它们可能是一些未被鉴定的胞质类型,对这些胞质类型的鉴定还有待进一步研究。5.通过Northern blot和q PCR技术对hau CMS不育系中特异的ORF进行研究,发现orf288在不育和恢复材料中转录本发生了很大的改变。另外两个不育胞质特异的ORFs:orf325和orf220的转录本没有发生明显的改变。不育基因orf288对大肠杆菌的生长有抑制作用(毒蛋白),通过对orf288进行不同长度的截短,发现orf288的毒性区域主要集中在它的三个跨膜结构域。通过构建表达载体,转拟南芥和芥菜型油菜都证明orf288为hau CMS的不育基因,导致不育的核心区段主要在该蛋白的C端,而不在N端的跨膜结构区域,表明育性可能与毒性无关。orf325与hau CMS的育性无关;orf220与hau CMS育性的关系还有待进一步研究。6.通过对芥菜型油菜不育系和保持系花蕾提取RNA进行转录组测序,对差异表达基因进行分析。包括MADS box家族的基因在内的很多参与早期雄蕊发育的基因在hau CMS不育系中都下调表达。参与到氧化还原反应,细胞代谢和蛋白合成等路径的基因在不育系中也有下调表达。