育性发育是高等植物繁育的重要环节，也是作物杂交育种生产的遗传基础。杂交稻的培育与大规模应用是我国重要的科技成果，育性控制是杂交稻育种的关键科学问题，阐明其分子遗传机理有重要理论和实践意义。项目围绕杂交稻育性遗传控制的关键问题，包括细胞质雄性不育与恢复性和杂种不育与亲和性的分子遗传基础，开展了系统研究并取得了创新性成果，发展了作物遗传育种理论和促进了杂交育种实践。（1）克隆了杂交稻最广泛应用的野败型细胞质雄性不育（CMS）基因WA352及其育性恢复（RF）基因Rf4，揭示了植物孢子体型CMS/RF系统的分子作用机理。克隆了野败型不育基因WA352；发现Rf4存在多种等位变异分化。揭示WA352蛋白和核基因编码的线粒体蛋白COX11互作控制绒毡层提前降解产生雄性不育；Rf4和另一恢复基因Rf3分别在mRNA和蛋白水平抑制WA352功能而恢复育性。首次提出了“植物CMS/RF系统不同层次的核质互作控制不育与育性恢复”的分子机理。阐明了WA352基因的起源进化机制。发现的不育基因和恢复基因被用于杂交稻育种，提高了育种效率。成果被评述“在作物杂交育种和发展育种新策略具有重要的理论和实践意义”。（2）克隆了粳型杂交稻利用的包台型CMS基因orf79及其恢复基因，阐明了植物配子体型CMS/RF系统的分子作用机理。发现orf79编码一个细胞毒素膜蛋白，其在花粉特异积累导致雄性不育；揭示恢复基因座Rf-1是由2个编码PPR蛋白的基因Rfla和Rflb组成的复合座位；发现RF1A和RF1B蛋白分别以位点特异切割和完全降解orf79 mRNA 的不同机制恢复育性。被评价为“提供了植物核质互作的分子机制的新视点”。（3）克隆了控制籼粳稻杂种雄性不育的基因Sa和Sc，以及亚洲稻与非洲稻杂种不育基因S1。发现Sa是由2个相邻基因SaM和SaF组成的复合座位，揭示出此类复合座位是控制植物杂种不育的普遍性分子遗传基础。发现SaM和SaF通过互作控制籼粳杂种不育与亲和性。发现Sc和S1座位的复杂结构变异对物种分化中生殖隔离的重要作用。首次在植物为经典的生殖隔离进化Dobzhansky–Muller模型提供了分子证据。发展了在杂交育种克服杂种不育的理论和技术方法。被评论为“在植物杂种不育机理研究方面做出了重要贡献”。项目在Nat. Genet, Cell Res, PNAS, Mol. Plant, Plant Cell, Annu. Rev. Plant Biol.等发表相关论文30多篇，总他引1000余次。获授权发明专利6件，成果受到学术界的高度评价，被5篇专题文章评述，被“F1000”评论5次，入选科技部973计划十周年纪念活动代表性成果；获广东省科学技术奖一等奖1项，大北农科技奖一等奖1项，全国优秀博士学位论文奖1项。项目成果被多家育种单位应用并培育出杂交稻新品种。