作为种子植物有性生殖的重要环节,雄配子体的发育一直以来都是研究的热点。小孢子经由两次有丝分裂产生成熟的花粉是雄蕊发育的关键进程,花粉的正常萌发和花粉管伸长则为受精作用的进行提供了必要的支持,我们对此过程的认识还是相当有限的。本课题以重要的粮食作物水稻为研究对象,主要采用RNAi的方法结合最新的CRISPR基因敲除技术,对花粉有丝分裂相关基因PMR(Pollen MitosisRelative)和花粉萌发相关基因OsSTA99的功能进行鉴定,以期为水稻花药发育调控网络的完善提供新的依据,为花粉有丝分裂以及花粉管萌发的分子机理研究奠定一定基础。主要结果如下:1.水稻PMR基因的生物学功能实时荧光定量PCR和原位杂交的结果显示PMR在花药中优先表达,且在发育到二核期的小孢子中表达最高。该基因CRISPR植株和表达下调的RNAi植株中花粉育性显著降低。对PMR-RNAi的花药横切进行细胞学观察,结果显示,与野生型相比,大部分花粉表现为第一次有丝分裂延迟,且无法进行第二次有丝分裂,在成熟花粉期形成只含有1个或2个核的不育花粉,DAPI染色的结果也证实该基因下调表达导致小孢子有丝分裂缺陷,最终导致结实率显著降低。在PMR-RNAi植株中检测了相关基因的表达量水平,结果表明参与花粉发育中后期表达的基因诸如ADF、API5和AIP1与PMR的下调趋势一致,证实了该基因作用于这个时期;编码细胞周期依赖性蛋白的基因CDKB2;1与PMR的下调趋势一致,这暗示了两者之间的某种联系。对与PMR共表达的基因进行聚类和GO注释分析,结果表明大部分基因参与了核内DNA的代谢过程、细胞周期和生殖发育,这与我们探究的PMR的表达相一致。PMR蛋白含有的三个结构域PHD、SWIB和Plus-3在该基因整个调控过程中可能共同发挥功能。2.水稻OsSTA99的生物学功能实时荧光定量PCR和原位杂交的结果显示OsSTA99在花粉发育的成熟期有最高表达。对OsSTA99-RNAi的花粉进行离体萌发和花粉管原位染色,结果显示大部分花粉不能正常萌发,且能萌发出的花粉管形态异常,花粉萌发率的显著降低最终影响了水稻的结实。扫描电镜观察表明0ssSTA99-RNAi的花药花粉外壁以及萌发孔形态正常。对干涉材料的花粉进行微丝标记染色,结果显示水合及萌发状态下的花粉中微丝结构异常,花粉管短小扭曲、生长方向不定。相关基因的表达量检测结果表明编码微管结合蛋白的基因GEM和蔗糖转运体SUT1与OsSTA99有较大的一致性,这暗示着OsSTA99的调节机制可能涉及到细胞骨架和物质转运。此外,该基因编码的蛋白含有Apt1结构域,可能与花粉管顶端的囊泡转运有关。