水稻异色颖壳是解析类黄酮生物合成的优良遗传材料,也是实现杂交稻混播制种的有利遗传工具;因此,克隆异色颖壳基因具有重要的理论价值和应用价值。以具有稳定红颖表型的自然突变体rh4（red hull 4）为对象,分析了rh4的形态学和生理学特点,通过正向遗传学的方法对红色颖壳突变体rh4进行图位克隆,用遗传、生化及生物信息学的手段研究了RH4的生物学功能,明确其参与类黄酮生物合成的作用位点及调控方式,评价了红颖资源的杂交稻混播制种潜力,获得了如下研究结果:（1）rh4颖壳显著积累类黄酮。rh4自抽穗开始颖壳沟壑呈红棕色,颖壳基部和稃尖呈正常的谷黄色;相比WT,rh4的总黄酮和花青素含量分别高2.2倍和1.81倍,而叶绿素含量则低1.7倍,暗示rh4红颖表型与类黄酮、花青素和叶绿素的代谢过程相关。（2）图位克隆发现LOC＿Os12g10880是rh4的目的基因。rh4受单个隐性细胞核基因控制;RH4精细定位于12号染色体上,遗传互补恢复了突变体表型,证实rh4红颖表型由LOC＿Os12g10880控制。（3）RH4蛋白产物定位于细胞核与部分细胞膜,在多个部位中表达。生物信息学预测RH4含有一个跨膜结构域、一个α螺旋和一段信号肽;亚细胞定位显示RH4定位于细胞核与部分细胞膜上;GUS染色发现RH4在根、叶和颖壳中表达。（4）RH4调控类黄酮生物合成。转录组、蛋白组、磷酸化修饰组和代谢组聚焦类黄酮的生物合成。类黄酮合成关键酶解氨酶（PAL2、PAL4、PAL5、PAL7）、香豆酰-Co A连接酶（4CL5）、查尔酮合成酶（CHS）、花青素合成酶（ANS2）、花青素合成还原酶（ANR2）、类黄酮转运蛋白（ABC transporter）、谷胱甘肽转移酶（GSTU1、GSTU4）、UDP-糖基转移酶（UDPGT3）转录与翻译水平表达均上调,类黄酮合成异构酶（CHI）转录与翻译水平表达均下调。62个差异代谢物参与类黄酮生物合成途径,其中丁香亭-3-O-葡糖苷、3,4’,7-三羟基黄酮、大波斯菊甙等黄酮醇类物质含量极显著增加,暗示这些物质可能贡献于总黄酮含量的上调,与颖壳色素沉积存在一定的联系。（5）RH4与Os DSK2a互作来调控类黄酮的生物合成。通过酵母双杂交文库筛选,获得6个RH4的互作蛋白。其中与RH4互作较强的蛋白Os DSK2a参与泛素化降解途径。双分子荧光互补（Bi FC）与Pull down实验从体内体外验证了RH4与Os DSK2a、Os DSK2a与Os CHS的相互作用关系。体外泛素化试验,发现Os DSK2a具E3泛素化连接酶功能,Os CHS在E1、E2（His-At UBC10）、Os DSK2a、His-Ub及ATP功能下被泛素化。因此,提出RH4参与类黄酮的生物模型:RH4是通过介导Os DSK2a与Os CHS的相互作用来调控类黄酮的生物合成。当RH4突变后,RH4不能与Os DSK2a结合,从而抑制了Os DSK2a与Os CHS的结合,CHS积累,表达量增加,使代谢流改变,导致大波斯菊甙等黄酮醇类物质大量积累于颖壳,从而使颖壳呈红棕色。（6）rh4所控制的红颖资源具有杂交稻混播制种应用潜力。与生产上应用广泛的强优势亲本P88S、Y58S、隆科638S进行机械化混播制种（MDS）试验,筛选出花期相近的组合P88S/G-4、Y58S/G-15,并通过考种与实际测产进行产效评价,发现除了千粒重（TGW）,P88S/G-4、Y58S/G-15混播制种的产量性状均显著高于或低于传统制种;两个组合的混播制种实际产量（AYP）高于传统制种。P88S/G-4和Y58S/G-15的初次色选准确率高达99.90%。表明RH4适用于机械混播制种,应用前景广阔。