小麦是世界上最重要的粮食作物之一,人工创制的小麦雄性不育突变体对小麦生产具有重要意义。本研究利用化学诱变剂EMS处理小麦品系“盛农1”,获得了一个可以稳定遗传的小麦雄性不育突变体系,命名为NWMS1,表现为花药发育异常,小孢子败育。研究内容主要包括4个方面:一是对突变体NWMS1进行表型鉴定;二是对突变体NWMS1进行遗传分析和基因定位研究;三是对突变体NWMS1进行花粉败育的分子调控机制解析;四是建立了基于小麦雄性不育系NWMS1的小麦群体改良技术体系。主要研究结果如下:1、突变体NWMS1的表型鉴定与盛农1相比,突变体NWMS1的农艺性状大多相似,但发育进程平均延迟一周;突变体NWMS1的叶尖从幼苗期开始出现椭圆形和浅黄色的表型,可作为鉴定雄性不育植株的形态学标记。突变体NWMS1花药的药室中可以观察到明显的花粉粒,但花粉活性、育性极Infected fluid collections低,雄性不育彻底,自交结实率为零。突变体NWMS1和盛农1的花器官发育从孢子组织分生期,逐渐呈现差异。突变体NWMS1的减数分裂进程基本正常,小孢子精核逐渐降解消失,花粉粒为椭圆形,有严重的质壁分离现象,无淀粉粒,一些自噬体在大液泡的边缘出现。突变体NWMS1在二核小孢子期发生细胞凋亡最终导致了雄性不育。因此,突变体NWMS1属于二核小孢子败育类型,花粉败育始于单核小孢子早期;花粉粒塌陷、质壁分离和淀粉粒缺失是异常小孢子的三个典型特征。2、突变体NWMS1的遗传分析突变体NWMS1的雄性不育表型与染色体结构变异无关。分离群体的后代表型分离比为1:1,为显性核雄性不育基因控制。突变体NWMS1是一个新型雄性不育突变体,突变体NWMS1雄性不育表型的遗传方式为单基因显性遗传,且突变基因位点位于2BS染色体上15.52 Mb(78111874 bp..94031598 bp)的区段内,预测基因Traes CS2B01G120200为NWMS1的候选基因。3、突变体NWMS1花粉败育的分子调控机制解析选择突变体NWMS1和盛农1的幼穗或花药,共三个时期进行RNA-seq:花药发育早期(S1)、减数分裂期(S2)、二核小孢子期(S3),在S1-NWMS1 vs.WT、S2-NWMS1 vs.WT和S3-NWMS1 vs.WT共3组样本对中,分别鉴定出1402、170和7658个DEGs。DEGs的大多数基因与营养运输和代谢有关。K-means类聚分析显示共有9条代谢途径被认为是与雄性不育相关的候选途径,WGCNA分析发现不同的分类模块与样本之间具有高度相关性,且WGCNA的分析结果与K-means聚类分析结果相似,明确了参与花药发育异常的主要生物学代谢途径,包括蛋白质在内质网中的加工、淀粉和蔗糖代谢、脂类代谢、激素信号传导等。切片组织染色明确了淀粉等糖类物质的缺失是突变体DS-3201价格NWMS1表现为雄性不育的主要因素,鉴定得到20个与花药发育异常相关的关键基因,包括SKP1B、BIP5、KCS11、ADH3、BGLU6和TIFY10B等,确定了突变体NWMS1的花药异常发育涉及复杂的基因调控网络,并建立了花药异常发育的Microtubule Associat抑制剂初级分子调控模型。4、基于突变体NWMS1的小麦群体改良应用雄性不育系NWMS1具有适应河南气候条件,高产、白粉病免疫、一般配合力高,后代继承其多粒、结实性好等优点。目前,已成功建立了基于雄性不育系NWMS1的小麦群体改良技术,以小麦雄性不育系NWMS1为初始母本的小麦群体改良已取得了良好的效果,群体改良不同组合的品系(或株系)籽粒容重大部分在815 g/L以上,籽粒硬度等级包括软粒、硬粒、中等。群体改良后代株系的产量潜力明显提高,增产达6.5-8.9%,平均增产7.8%,增产效果显著。轮回群体改良后代已选育出一些优良可育单株,进入株系选择鉴定程序,为新品种的选育和审定提供了品系。