细胞质雄性不育(Cytoplasmic male sterility,CMS)普遍存在于高等开花植物中,可为研究核质互作提供理想材料,是作物育种杂种优势利用的基础。国内外大量的研究结果均表明,CMS的发生与植物线粒体基因组突变有着直接关系。由于活性线粒体操作技术的限制,植物CMS分子机理深入研究面临困难。大肠杆菌在DNA转录、翻译均与线粒体类似,且其质膜呼吸链也与线粒体呼吸链高度保守。本文将水稻三种类型CMS基因(orf79、WA352、orfH79)分别转化大肠杆菌,通过研究三种CMS基因表达对大肠杆菌生长及氧化呼吸的影响,以期进一步揭示水稻不同类型CMS的分子机理。主要结果如下:1.三种CMS基因的表达均强烈地抑制了大肠杆菌的生长,研究发现三种CMS基因表达产物对大肠杆菌生长抑制程度为orfH79>orf79>WA352。2.Western Blot实验表明ORF79、ORFH79、WA352蛋白,且均集中分布于大肠杆菌质膜上。3.检测orfH79、orf79、WA352基因的表达菌株中的ROS和ATP含量,发现三个基因的表达均不同程度的引起了大肠杆菌ROS含量增高和ATP含量的下降。ROS含量增高的程度为:orfH79>orf79>WA352;ATP含量下降的程度为:orfH79>orf79>WA352。4.对orfH79、orf79、WA352基因的表达菌株中氧化呼吸链中三个关键酶丙酮酸激酶(PK)、柠檬酸合成酶(CS)以及α-酮戊二酸脱氢酶系(α-KGDH)的酶活进行了测定。发现三个CMS基因的表达均抑制了大肠杆菌三种呼吸酶的活力,且抑制的程度有所差异。对大肠杆菌PK酶活抑制程度为:orfH79>orf79>WA352;对大肠杆菌α-KGDH酶活抑制程度为:orfH79>orf79>WA352;orfH79和orf79对大肠杆菌CS酶活抑制无显著性差异,但都显著大于WA352对大肠杆菌CS酶活抑制。以上结果表明,水稻不同细胞质三种CMS基因的蛋白产物(ORF79、ORFH79、WA352)可能对大肠杆菌的氧化呼吸功能造成不同程度伤害,进而导致ROS含量异常增高,ATP含量降低,从而对大肠杆菌生长造成不同程度的抑制。本文认为,CMS基因表达产物对细菌的伤害模式高度模拟了其在线粒体中的表达模式,我们可利用大肠杆菌体系来初步研究水稻不同类型CMS基因的分子机理以及其异同之处。