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细胞质雄性不育（cytoplasmic male sterility,CMS）不仅是作物杂交育种利用的重要基础,也是研究核-质互作信息交流的理想材料。目前,在水稻中已报道出多种类型的细胞质雄性不育,但仅有少数几类被广泛应用于农业生产。因此,挖掘新型质源的细胞质雄性不育类型并研究其作用机理对作物育种十分重要。D1型雄性不育稻是以江西东乡野生稻为优质资源,所培育出的一种独立于野败型的,无花粉型败育的新型孢子体CMS水稻。本论文结合线粒体靶向代谢组学分析,利用线粒体体系、花药体系和原核体系研究了水稻D1型CMS不育基因orf182作用分子机理,其主要结果如下:1.利用线粒体靶向代谢组学,对不育系DPA和保持系DPB花药发育不同时期的代谢物进行了比较分析,结果显示,在DPA和DPB花药发育过程中存在24种差异的代谢物,并且发现机体中参与能量代谢的柠檬酸循环通路可能与DPA花药败育相关。利用差速离心配合Percoll梯度离心技术,从不育系DPA和保持系DPB黄化苗中成功提取了超纯线粒体。通过对不育系和保持系的线粒体生理生化指标进行测定,结果发现与保持系相比,不育系线粒体膜电位及ATP含量显著下降。将线粒体亚组分结构进行分离,并利用ORF182单克隆抗体对其进行Western blot检测,发现ORF182分布在线粒体Mitoplast（线粒体内膜和基质的完整结构）部分。利用BN-PAGE技术,在非变性条件下,成功对DPA和DPB线粒体呼吸链复合物进行分离,并通过Western blot检测发现在DPA线粒体呼吸链复合物中出现ORF182杂交信号。利用胶内酶活染色法比较分析DPA和DPB线粒体呼吸链各复合物活性,发现线粒体呼吸链复合物Ⅰ及复合物Ⅴ的活性在二者之间存在差异,而呼吸链复合物Ⅱ和复合物Ⅳ的酶活活性无明显差异。2.实验室前期花药细胞石蜡切片结果表明,DPA和DPB的花药发育在小孢子母细胞减数分裂期开始出现差异,这一差异可能是由于花药绒毡层细胞异常解体导致。本研究以期利用TUNEL技术对DPA和DPB花药发育不同时期中花药绒毡层细胞的凋亡特点进行检测。初步研究结果显示,D1型水稻花药败育可能与花药绒毡层细胞的延迟解体有关。3.实验室前期研究发现,ORF182的表达对大肠杆菌生长有明显的抑制作用,并且导致大肠杆菌体系内出现ROS的含量异常爆发和ATP的含量显著下降的现象,然而其相应的分子机理并未明确。我们利用q RT-PCR分别在有氧条件及厌氧条件下,对p ET-28a-orf182表达菌株及p ET-28a对照菌株中厌氧敏感Marker基因Arc A,Arc B及Fnr的表达量进行了检测。结果表明,有氧条件下,与对照相比,Arc A和Fnr在p ET-28a-orf182表达菌株中的表达量显著增高;而无氧条件下,Arc A和Fnr的表达量则在表达菌株和对照菌株中无明显差异,这一结果表明ORF182的表达影响了大肠杆菌对氧气的利用。进一步利用BNPAGE技术,并结合Western blot检测,发现在p ET-28a-orf182表达菌株质膜呼吸链复合物中存在ORF182表达信号。并且胶内酶活染色结果显示p ET-28aorf182表达菌株与p ET-28a对照菌株的质膜呼吸链复合物Ⅰ的活性有差异,而复合物Ⅱ的酶活活性在两者之间无明显差异。