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水稻是重要的粮食作物之一。随着人口不断增加、耕地面积逐渐下降,粮食安全问题日益凸显,大幅提高作物单产或成为解决此问题的唯一途径。目前,世界水稻育种实践已通过杂种优势的利用大幅提高了水稻产量,但杂交水稻仍面临制种产量偏低的问题。所以培育具有高异交结实率的不育系成为提高杂交水稻异交结实率、增加制种产量的重要手段。水稻雌蕊由子房、花柱和柱头组成。增加水稻不育系花柱和柱头总长（length of style and stigma,SSL）可以提高柱头外露率,进而增加异交结实率。本实验室之前利用粳稻Nipponbare遗传背景的含籼稻Kasalath染色体单片段的置换系SSSL14和Nipponbare配制的次级F2群体精细定位了 一个控制水稻花柱和柱头总长的QTL qSTL3.1（本研究改名为SSL3）,并初步确认LOC03g14850是控制花柱和柱头总长的基因。本研究对SSL3基因位点的一个长花柱和柱头总长等位基因SSL3-k进行了转基因验证和功能分析,并对SSL3-k纯合体品系进行了制种应用评价。所得研究结果如下:1.表型及细胞学鉴定结果表明,SSL3基因位点通过影响水稻花柱细胞的伸长进而影响花柱和柱头总长。2.转基因互补及过表达实验确定SSL3-k是增加水稻花柱和柱头总长的等位基因,同时发现该等位基因能够促进水稻株高、穗抽出长度以及穗长伸长。3.生物信息学分析结果显示,SSL3属于Ⅰ型MADS-box转录因子的（M型）Mα亚类;对 SSL3-k、SSL3-n、MADS78、MADS79、MADS71、AGL28、AGL23、AGL62和AGL61的氨基酸序列比对结果显示,它们在M结构域存在高度同源性。4.亚细胞定位结果显示,SSL3-k蛋白定位于细胞核中。表明SSL3-k蛋白是核定位蛋白,这与其是一个转录因子的预测结果相一致。5.组织表达模式分析显示,SSL3-k在水稻根、茎、叶、叶鞘、叶枕、小穗及雌蕊中均有表达。表明SSL3-k是组成型表达基因。6.对Nipponbare（SSL3-n）和SSSL14（SSL3-k）中能够促进细胞伸长的4种激素（GA1、GA4、IAA和BR）的测定结果显示,雌蕊中仅GA4含量有极显著差异（P<0.01）。表明SSL3-k通过增加水稻雌蕊中GA4的含量进而增加花柱和柱头总长。7.对SSSL14分别施用赤霉素（GA3）、生长素（IAA）和油菜素内酯（BR）,结果显示,仅涂抹GA3能够促进花柱和柱头总长显著伸长（P<0.05）。表明SSL3-k对外源施用GA3敏感。8.通过检测Nipponbare和SSSL14雌蕊中GA合成和信号转导通路上24个关键基因的表达水平,本研究发现SSSL14雌蕊中仅GA合成途径中的OsCPS1、OsKS2、OsKO2、OsKAO和OsGA3ox2表达水平与对照相比极显著升高（P<0.01）。表明SSL3-k通过增加GA合成通路中上述5个关键基因的表达水平进而促进水稻花柱细胞的伸长。9.对44份籼稻、37份粳稻、32份普通野生稻和20份爪哇稻SSL3编码区3个SNP位点的变化与花柱长度的相关性进行分析,发现仅S1位点和S2位点的SNP变化与该性状显著相关（P<0.05）。构建4个转基因载体,即A1（S1A/S2A）（即SSL3-k）,A2（S1G/S2A）,A3（S1A/S2G）和A4（S1G/S2G）（即 SSL3-n）,并转入Nipponbare 中。结果表明,除A4外,A1、A2和A3均能显著或极显著促进花柱和柱头总长及花柱伸长,其中A1的效应最高。表明S1和S2是调控水稻花柱长度的功能核苷酸多态。10.田间制种结果表明,转基因两系不育系7001SSSL3-k与父本9311组合的异交结实率为57.24%,极显著（P<0.01）高于对照7001 SSSL3-n与9311组合（37.14%）。表明SSL3-k可以在生产中通过增加花柱长度进而提高杂交水稻制种结实率。综上所述,SSL3-k等位基因通过增加花柱细胞中GA4含量使花柱细胞伸长,从而增加花柱和柱头总长,并提高了不育系母本的异交结实率。