玉米是我国最重要的粮食作物之一,其产量的提高主要依赖于杂种优势的利用。雄性不育是一种研究作物杂种优势利用的重要农艺学性状,玉米雄性不育基因的克隆不仅有助于解析玉米花药发育的分子机理,同时也为玉米杂交种的生产提供理论支撑。本研究主要以玉米ms2雄性不育突变体为研究材料,分析了玉米ms2突变体的败育时期及表型特征。对不同发育阶段的花药进行转录组测序,分析突变体花药在发育过程中的转录组变化。构建遗传分离群体,对候选基因进行精细定位。主要研究结果如下:1、表型观察发现ms2突变体花药发育异常,到花药发育后期,花药干瘪皱缩不能正常散粉,表现为完全的雄性不育。对突变体花药发育过程进行了细胞学观察,发现ms2突变体花药小孢子败育起始于幼龄小孢子期,当花药发育至单核小孢子晚期时小孢子几乎全部降解,降解碎片残留在药室中。小孢子从四分体中释放后,初生壁上没有孢粉素前体物质沉积,花粉外壁不能正常发育。当花药发育到单核小孢子晚期时,突变体花药绒毡层降解异常,分布在绒毡层上的前乌氏体被破坏,不能形成正常的乌氏体结构。另外,在花药发育的近成熟花粉期,花药外壁发育异常,表皮上没有蜡质和角质单体积累。根据以上观察结果推测MS2基因突变可能影响花药绒毡层发育,使其分泌和运输孢粉素以及脂类物质的功能受到阻碍,从而导致花粉壁和花药外壁无法正常发育。2、玉米花药发育是一个复杂的过程,许多基因参与调控这一过程。本研究对野生型和ms2突变体花药发育的1.5mm,2.5mm和3.5mm时期进行了转录组分析。基因差异表达分析结果显示,从花药发育的1.5mm阶段到3.5mm阶段,差异表达基因的数目逐渐增多且在3.5mm阶段大部分差异表达基因是下调表达的。Mapman富集分析结果表明,在花药发育的2.5mm和3.5mm阶段,差异表达基因主要在脂类代谢、细胞壁代谢、次级代谢和光反应代谢等过程中富集。3、前人将MS2基因定位在玉米9号染色体长臂上分子标记TIDP8796和IDP523之间约400kb的范围内,但是至今仍然没有被克隆。本研究利用玉米自交系B73和PH4CV分别与突变体ms2构建F2分离群体对候选区间进行验证并且进一步缩小候选区间。对ms2突变体的遗传分析表明,该突变性状受一对主效单基因控制且表现为隐性遗传。利用ms2×PH4CV F2分离群体中的1344个突变体单株将MS2基因定位在玉米9号染色体分子标记InDel8和InDel10之间约6Mb的范围内。另外,又利用ms2×B73 F2分离群体中的576个突变体单株将MS2基因定位在玉米9号染色体分子标记InDel12和InDel15之间约3Mb的范围内。综合两个群体的定位结果将MS2基因定位在玉米9号染色体分子标记InDel8和InDel15之间约2.2Mb的范围内。在初定位的基础上,进一步扩大群体进行精细定位。利用ms2×B73 F3分离群体中的4032个突变体单株将MS2基因定位在玉米9号染色体分子标记InDel25和SNP1之间380kb的区间内。