红麻（Hibiscus cannabinus L.）是锦葵科木槿属一年速生纤维作物。红麻具有明显的杂种优势,细胞质雄性不育系可省去人工去雄、提高杂交种纯度,是利用杂种优势的有效途径。前期观察发现不育系败育的细胞学原因是单核期绒毡层退化严重,明显早于保持系,小孢子畸形,不能形成正常花粉。本实验以课题组培育的优良红麻品种不育系LC0301A、保持系LC0301B为材料,为进一步探究不育现象的分子生物学原因,对不育系和保持系进行转录组测序、代谢组检测,寻找调控红麻雄性不育的重要基因、代谢物和代谢途径,并对不育相关基因HcMS1和HcAMS进行克隆和遗传转化实验以明确基因功能。主要研究结果如下:1.红麻不育系、保持系花蕾间共检测到3651个差异表达基因,1816个上调基因,1835个下调基因。对以上差异基因进行GO和KEGG功能富集分析,GO主要体现在氧化还原、DNA模板转录调控和蛋白质磷酸化被显著富集,大量基因在这三个生物学过程差异表达;KEGG富集主要集中在植物激素信号转导,淀粉和蔗糖代谢,苯丙烷生物合成和戊糖、葡萄糖醛酸的相互转化通路。此外在NR库中挖掘到14个不育相关基因,包括同源基因MS1、AMS。2.红麻不育系和保持系花蕾在单核期前后发育时期的代谢组分析结果表明,A1-B1组（单核期前）共检测到410个差异代谢物,上调代谢物257个,下调代谢物153个;A3-B3组（单核期后）共检测到913个差异代谢物,上调代谢物共391个,下调代谢物522个。不育系中大量代谢物发生下调,主要是甘油磷酯、有机氧化物、类黄酮、羧酸及其衍生物;KEGG富集分析表明氧化磷酸化,酪氨酸代谢,柠檬酸循环途径在A1-B1组被显著富集,黄酮、黄酮醇生物合成,氨酰t RNA生物合成,类黄酮生物合成途径在A3-B3组被显著富集。A3-A1组共检测到703个差异代谢物,上调代谢物374个,下调代谢物共329个;B3-B1组共检测到365个差异代谢物,上调代谢物221个,下调代谢物144个。丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,亚油酸代谢,柠檬酸循环途径在A3-A1组显著富集;嘌呤代谢,戊糖磷酸途径,氨酰t RNA生物合成途径在B3-B1组显著富集。3.对HcMS1和HcAMS基因进行克隆,生信分析发现其分别具有典型的PHD-finger结构域和b HLH结构域。HcMS1表达水平在红麻花蕾中先升高、后下降,其在保持系中的表达量显著高于不育系;HcAMS表达水平在保持系中呈现先上升、后下降,而在不育系中一直下降,其在保持系的表达量远高于不育系。通过转基因实验获得HcMS1和HcAMS过表达拟南芥和HcMS1过表达烟草。转基因拟南芥的表型、花粉粒和结实正常;转基因烟草在弱光源下,转基因烟草植株矮化、花萼变形、花冠筒缩短、无法结实;强光源下,烟草花冠筒及花萼形状恢复正常,花药正常开裂有花粉,但依然无法正常结实。I2-KI染色结果显示转基因烟草花粉粒饱满有活力;扫描电镜结果显示转基因烟草花粉粒外观与野生型不同,萌发孔在一侧内陷,推测可能是导致转基因烟草不育的原因。