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老芒麦（Elymus sibiricus L.）是禾本科披碱草属多年生优良牧草,具有草产量高、品质好、耐寒、耐旱等优良特性,广泛应用于我国高山草原的放牧、人工草地建植、生态环境恢复等。但老芒麦较高的落粒性大大降低了牧草种子产量,对新品种选育、推广利用带来不利影响。有关牧草落粒的遗传学基础,是国内外研究不多且亟待加强的研究领域。为此,本研究在开发老芒麦特异性EST-SSR标记、分析不同落粒种质材料的遗传多样性基础上,构建了老芒麦的遗传作图群体,并利用SLAF（specific length amplified fragment）技术构建了老芒麦首张遗传连锁图谱,相继结合QTL和GWAS（genome-wide association study）分析方法定位了落粒候选基因。旨在为解析老芒麦落粒遗传机制、加快老芒麦落粒分子遗传改良和培育低落粒老芒麦新品种提供基础科学依据。获得主要研究结果如下。1、进行了老芒麦特异性EST-SSR分子标记开发及通用性研究。从老芒麦转录组测序获得的6,685个unigene中,分析识别了8,871个潜在EST-SSR位点,进一步开发了200对EST-SSR分子标记。PCR扩增产物测序验证显示,等位基因的测序结果与原始引物SSR位点同源,有43.5%的标记在17个披碱草属物种间通用性良好。利用30对多态性标记对17个披碱草属95份种质的480个单株进行的遗传多样性和进化分析显示,基于基因组构成和地理起源将参试披碱草属种质聚为三大类。本研究结果为披碱草属物种遗传多样性评价提供了引物来源。2、采用40对EST-SSR标记对36份老芒麦种质进行遗传多样性评价,并且在田间测定了老芒麦的落粒性。结果显示老芒麦分子遗传多样性和落粒性变异均较为丰富。筛选出落粒性状差异较大、遗传背景较远的高落粒基因型Y1005和低落粒基因型ZhN06作为亲本杂交构建F1群体。对F1群体的7份材料进行遗传多样性和表型变异分析,发现了落粒、叶片、茎节、穗长及芒长等性状表现出超亲杂种优势。遗传多样性分析显示母本（ZhN06）与子代群体的共有条带多于父本（Y1005）,显示其遗传力水平较高。通过分子标记鉴定和低落粒子代选择,将F1-7单株自交构建了包含200份单株的F2作图群体。3、利用SLAF简化基因组测序技术对F2群体测序,构建了首张老芒麦高密度遗传图谱,图谱总长1,866.35cM,14个连锁群含1,971个标记。连锁群长度范围在87.67cM（LG7）和183.45cM（LG1）之间,标记平均距离为1.66cM。比较基因组发现老芒麦与小麦和大麦分别有79%（1,556）和70%（1,380）的同源标记。连续三年观测了穗长、小花数、落粒率、芒长、种子宽、千粒重等种子相关性状,并进行了QTL鉴定,在14个连锁群上共检测到29个QTL位点,在第2、3、6和11号连锁群上共检测到6个落粒性QTL。通过与小麦和大麦基因组比对注释发现了30个落粒候选基因,这些基因分别与植物激素信号调控（15个）、转录因子（7个）、水解酶活性（6个）及木质素合成（2个）等相关。4、采用SLAF技术对包含213份种质的老芒麦关联群体进行了测序,结合落粒等15个表型性状进行全基因组关联分析。SNP连锁不平衡分析结果显示,老芒麦LD（linkage disequilibrium）衰减较快,衰减距离为0.291kb,供试材料亲缘关系较弱,适用于全基因组关联分析。连续两年在田间对落粒率等关键表型性状观测表明,不同性状间存在较大的遗传变异,平均变异系数为30.49%,其中落粒率遗传力为85.13%。关联分析共检测到41个与落粒相关的显著性位点,平均解释26.3%的表型变异。在这些位点上注释到14个落粒相关候选基因,主要与半乳糖醛酸酶、水解酶、细胞分裂素葡萄糖基转移酶等调控相关。此外,在种子和产量相关性状中分别检测到66个和1,715个显著性位点,分别注释到与种子性状相关的候选基因31个,与产量性状相关的候选基因110个。