水稻是世界上主要的粮食作物之一。目前，栽培水稻分为两个种，分别是亚洲栽培稻和非洲栽培稻。两个栽培稻种间具有强大的杂种优势，但由于存在种间生殖隔离而产生明显的杂种不育现象，从而严重限制了水稻远缘杂种优势利用。S1座位是介导亚洲栽培稻和非洲栽培稻(简称亚非稻)种间杂种不育的一个重要遗传位点，该座位同时影响杂种F1后代的雌雄配子不育。研究表明，S1座位是一个复合基因座位，至少需要两个关键基因S1TPR和S1A6(SSP)两个基因的参与，但这些基因如何参与S1座位杂种不育的分子机制尚不明确。本研究在此基础上，从遗传互作和分子互作两方面着手，深入探究了S1座位杂种不育的分子基础。本研究的主要研究结果如下： 1.为了探究S1TPR和S1A6在S1座位介导的杂种不育中的作用，本研究构建了S1TPR-A6串联功能互补载体，转化到亚洲稻亲本RP-s创建功能互补转化体S1TPR-A6t。发现该转化体的花粉和小穗育性为全可育，表明需要其他因子参与才能产生杂种不育。 2.为了探究未知关键因子，本研究构建了S1A2~S1A5功能互补载体，分别转化亚洲稻亲本RP-s创建功能互补转化体S1A2t~S1A5t。结果表明：这些转化体的花粉和小穗的均为全可育，不足以引起杂种不育的表型。 3.通过杂交聚合的方法，本研究将转化体S1A2t~S1A5t分别与转化体S1TPR-A6t进行杂交聚合。结果发现，转化体S1A4t与S1TPR-A6t的杂种F1(S1A4t-/S1TPR-A6t-)的花粉和小穗育性为半不育，其他转化体的杂种育性为全可育，表明S1A4也参与了S1座位介导的种间杂种不育，S1A4，S1TPR和S1A6同时存在才能引起杂种F1代的配子发生败育。 4.为了进一步探究S1TPR、S1A4和S1A6三个基因之间的遗传关系，本研究创建了S1A4和S1A6串联功能互补载体，转化到亚洲稻亲本RP-s获得功能互补转化体S1A4-A6t。本研究将转化体S1A4-A6t与S1TPRt杂交，发现杂种F1(S1A4-A6t /S1TPRt-)的小穗和花粉育性为半不育，进一步证实S1A4，S1A6与S1TPR是S1座位杂种不育的充分必要条件。 5.本研究利用TAIL-PCR技术获得各个转化体的旁侧序列分子标记，对S1TPR-A6t、S1A4t、S1A4-A6t转基因T-DNA插入位点和不同转基因在杂种F2代的分离情况进行鉴定分析。结果发现，S1A4t和S1A4-A6t呈现孟德尔自由分离规律，而S1TPRt和S1TPR-A6t则优势传递，呈现严重的偏分离。结果表明S1A4，S1A6与S1TPR在孢子体中形成一个完整的杀手系统，同时S1TPR能够对配子产生保护作用。 6.利用融合的荧光蛋白，本研究对S1TPR、S1A4和S1A6进行亚细胞定位分析，研究发现S1TPR、S1A4和S1A6均定位于细胞核。 7.本研究利用BiFC技术和Pull-down技术探究S1TPR、S1A4和S1A6之间的互作关系。研究发现，三者能够在体内形成一个复合体而且S1A4分别与S1TPR和S1A6相互作用，而S1TPR和S1A6之间不直接相互作用。 本研究从遗传互作和分子互作两个方面，阐明了S1座位介导的种间杂种不育三个关键基因S1A4，S1A6与S1TPR的相互关系，提出S1座位介导种间杂种不育的分子模型，为今后研究S1座位的分子机理打下了坚实的基础，并为创建远缘杂种亲和材料指明了方向。
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