苦荞（Fagopyrum tataricum）在世界各地广泛种植,产量逐年提高,其营养成分均衡,富含芦丁、矿物质、氨基酸等,是类黄酮物质的天然膳食来源,深受人民喜爱。同时,因其具有抗盐、抗贫瘠、抗重金属等优良性状,也是植物抗逆研究的重要材料。但由于其果皮紧贴种子,坚硬不开裂,在生产中很难有效脱壳。目前采用高温熟化再冷却的脱壳方法,不仅降低营养成分,而且增加生产成本,影响经济价值。难脱壳严重制约苦荞的进一步开发利用,是苦荞品质性状研究的热点。米荞一号是通过物理和化学诱变选育而来的荞麦新品种。其壳薄松散无腹沟,通过简单机械加工即能获得全营养米。系统地解析米荞一号易脱壳分子机制,将有助于苦荞的遗传改良,对促进我国现代农业发展具有重要意义。本研究利用生理生化分析、多组学联合分析、CRISPR/Cas9等方法系统地揭示米荞一号易脱壳性状及分子机制,主要结果如下:（1）通过对米荞一号植株进行形态观察发现,其果实小呈三棱形,果皮粗糙呈棕黄色。花小无味呈淡黄绿色。茎秆光滑,叶片三角状,总状花序稀疏分布在枝间,米荞一号具有典型的苦荞种形态特征。进一步通过高通量测序,获得了全长159 272 bp GC含量为37.9%的米荞一号叶绿体基因组,包含2个反向重复区,1个大单拷贝区,1个小单拷贝区,其具有典型的叶绿体基因组结构。结合数据库信息,成功注释到叶绿体基因113个,包括79个编码基因,4个r RNA和30个t RNA。最后,基于测序获得的米荞一号叶绿体基因组信息,通过构建分别来源于荞麦属、大黄属、鼠耳芥属的9个不同植物的系统进化树,发现米荞一号与苦荞聚成一个亚群,精确确定了其属于苦荞种。（2）通过力学性能分析发现,米荞一号果实的破裂力和硬度显著小于西荞二号,米荞一号果皮的脆性稍稍大于西荞二号,强度和韧性显著小于西荞二号。米荞一号与西荞二号傅里叶红外光谱的波数趋势大体一致,峰型与位置比较相似,但存在部分吸收峰强度不同的差异,说明米荞一号和西荞二号果皮的主体成分相似,部分成分相对含量有所不同。进一步通过测定具体果皮成分发现,米荞一号中木质素、纤维素、半纤维素含量较少,果胶含量较多。通过外形观察发现,米荞一号比西荞二号表皮粗糙、无腹沟、无棱刺、存在开裂现象。通过解剖结构发现,米荞一号果皮厚度远远小于西荞二号果皮厚度,且果皮组织特征不明显。进一步通过表皮微结构发现,米荞一号果皮部分存在裂纹,结构破损,整体结构松散,西荞二号果皮结构整体紧致、无裂纹、无破损。（3）从苦荞基因组中共鉴定出64个MADS-box基因。根据所含结构域的不同,划分为2个亚族,其中M type亚族有27个基因,Mick type亚族有37个基因。根据基因结构发现,所有Ft MADS基因含有多个外显子,而少部分M-type亚族基因不含内含子。进一步,通过MEME分析发现,属于MADS-box结构域的motif1和motif2在所有Ft MADS基因中高度保守。依据苦荞基因组数据中物理位置信息,将64个Ft MADS基因绘制成苦荞MADS家族染色体定位图发现,Ft MADS基因在8条苦荞染色体上分布不均匀,其中Chr8上最少只有3个基因,Chr7上最多有15个基因。通过重复事件分析发现,有2个MADS基因参与1个串联重复事件,12个MADS基因参与9个片段重复事件。这些MADS基因主要分布在Chr1、Chr3、Chr4、Chr7上,且他们都属于Mick-tpye亚族。利用多个植物基因组进行共线性分析,构建Ft MADS基因与已知功能基因的相互关系,共发现118组共线性基因对,其中苦荞M type亚族与甜菜、葡萄的M type亚族共线性基因对最多。而Mick-type亚族与葡萄的Mick-type亚族共线性基因对最多。最后,通过构建含有5个双子叶植物和1个单子叶植物的多植物M type亚族和Mick type亚族系统进化树发现,相同植物的基因聚在一起,不同植物的基因按其属于单、双子叶植物分别聚在一起。（4）建立155 G覆盖难、易脱壳荞麦果实发育3个重要时期的转录本库,共筛选到13 750个差异基因,按照差异基因在果实发育期的表达模式,分成随果实发育上调表达的差异基因（205）、随果实发育快速下调表达的差异基因（746）、未随果实发育表达的差异基因（5 975）、随果实发育缓慢下调表达的差异基因（6 824）的4个类群。在13 750个差异基因中有1 119个基因分别属于72个转录因子家族,其中,MADS家族差异基因31个,大部分基因随着果实发育下调表达,主要在细胞核与DNA结合参与转录,调控物质代谢。通过q RT-PCR验证31个候选基因的表达模式,结果发现,大部分基因在生殖器官（花、果）中表达,其中在果实表达量较高的基因有15个。在苦荞果实发育后期,基因表达差异显著,其中Ft MADS4、Ft MADS5、Ft MADS11、Ft MADS13、Ft MADS30、Ft MADS35、Ft MADS36、Ft MADS37、Ft MADS51、Ft MADS61在米荞一号中表达量更高。结合（3）构建的Ft MADS基因与已知功能基因的相互关系,筛选进化关系接近并具有相同基序的已知功能基因,结果发现,Ft MADS4与调控拟南芥果实开裂的AT3G58780、AT2G42830基因在同一个分支。（5）利用CRISPR/CAS9系统同时敲除AT2G42830、AT3G58780基因,结果发现,25个独立line中有17个line在AT2G42830靶位突变成功,进一步在这17个line中发现有4个line在AT3G58780靶位突变成功,最终获得了4个缺失AT2G42830、AT3G58780基因的双突变体拟南芥植株。通过农杆菌侵染,将Ft MADS4基因回补到缺失体拟南芥中,经GUS染色和PCR鉴定,获得了成功回补Ft MADS4基因的双突变体拟南芥。通过对比观察发现,野生型拟南芥果实成熟后自然开裂,双突变体植株果实成熟后不开裂,回补Ft MADS4基因的双突变体拟南芥果实成熟后重新开裂,因此证实了Ft MADS4具有正向调控果实开裂的能力。综上所述,本研究利用多层次、多组学、多方法关联分析确定了米荞一号的苦荞种分类地位;解析了力学性能不佳是易脱壳性状的直接原因,提供力学性能的木质素、纤维素、半纤维素含量低是易脱壳性状的物质原因,果皮薄、细胞壁断裂、细胞松散是易脱壳性状的结构原因;从基因组中鉴定获得64个苦荞MADS-box家族基因,118组共线性基因对,建立了Ft MADS基因与已知功能基因的关系;构建了155 G覆盖难、易脱壳荞麦果实发育3个重要时期的转录本库,获得了13 750个差异基因。利用CRISPR/CAS9系统敲除调控拟南芥果实开裂基因,通过回补苦荞候选基因的方法,最终确认了Ft MADS4在细胞核内与DNA结合参与转录,调控下游靶基因,影响提供力学性能物质的积累,从而正向调控苦荞果实开裂的功能。