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光温敏核不育(Photoperiod-thermo-sensitive genic male sterile,PTGMS)水稻武香S(Wuxiang S,WXS)的育性转变受环境条件(例如温度和日长)的影响。在两系杂交水稻中这种影响是普遍的,但是从蛋白质组学以及基因组水平上来探讨其育性转换的分子基础,目前还未见有详细的研究报道。为此,本研究以武香S育性转变关键时期的幼穗为材料,通过比较育性转变前后的蛋白质组学、以及蛋白质组学与转录组学结合分析和全基因组甲基化研究的比较分析,来探索光温敏核不育水稻育性转换的分子机制和蛋白调控网络机制。本研究主要的实验结果如下:1、利用iTRAQ定量蛋白质组学技术,以武香S的花粉母细胞形成期(P2)和减数分裂期(P3)的幼穗为材料,研究了武香S在这两个育性转变关键时期的蛋白质表达谱。结果表明,在不育株WXS(S)(S,Sterility)和可育株WXS(F)(F,Fertility)育性转变关键时期共鉴定到340个差异蛋白(differentially expresssd proteins,DEPs),其中在花粉母细胞形成期(P2)SP2 vs.FP2有263个DEPs,其中表达上调的蛋白有119个,表达下调的蛋白有144个;在减数分裂期(P3)SP3vs.FP3有249个DEPs,其中表达上调的蛋白有87个,表达下调的蛋白为162个。对DEPs进行GO和KEGG富集分析,发现它们与参与能量代谢和花粉壁发育等相关通路,这些DEPs可能在WXS育性转变的过程中发挥重要的作用。2、将蛋白质组数据与转录组数据进行关联分析,发现在花粉母细胞形成期(P2)有92个差异表达基因(differentially expresssd genes,DEGs)有与之对应的差异表达蛋白,通过比较DEGs和对应DEPs之间的关联性,发现了基因上调-蛋白上调共27个,基因下调-蛋白下调共39个;在减数分裂期(P3),有71个差异基因有与之对应的差异蛋白,通过比较DEGs和对应DEPs之间的关联性,发现了基因上调-蛋白上调共6个,基因下调-蛋白下调共50个。将DEGs有与之对应的DEPs且它们的上下调趋势一致的cor-DEGs-DEPs(corresponding DEGs and DEPs)进行GO和KEGG功能富集分析,发现cor-DEGs-DEPs参与植物激素信号转导、内质网蛋白加工、淀粉和蔗糖代谢、苯丙类生物合成、角质、黄素和蜡的生物合成等通路,这些cor-DEGs-DEPs构成一个复杂的网络系统,可能调控WXS育性转变。3、经全基因组DNA甲基化测序(Whole Genome Bisulfite Sequencing,WGBS),分析了WXS(F)和WXS(S)在花粉母细胞形成期(P2)和减数分裂期(P3)全基因组水平DNA甲基化情况。结果表明,SP2、SP3、FP2和FP3 4种幼穗样品全基因组甲基化水平分布为:24.76%、22.73%、23.73%和24.84%。在CG序列环境下,SP2 vs.FP2有3628个甲基化差异区域相关的基因(DMGs),SP3 vs.FP3有4576个DMGs;在CHG序列环境下,SP2 vs.FP2有2075个DMGs,SP3 vs.FP3有3274个DMGs;在CHH序列环境下,SP2 vs.FP2有124个DMGs,SP3 vs.FP3有225个DMGs。对DMGs进行GO和KEGG富集分析,并探讨了可能与WXS育性转变相关的基因。