小麦是我国最重要的粮食作物之一,提高其单产是育种永恒的主题。小麦产量由单位面积穗数、每穗粒数和千粒重构成,其中千粒重的增加是过去60年小麦产量提高的主要因素之一。随着分子生物学和基因组学的发展,如何从分子水平解析控制产量的遗传位点,对小麦的改良具有重要的理论和实际意义。与传统的QTL作图方法相比,标记/性状关联分析和候选基因的单元型分析方法具有较高的检测效率,被广泛应用于植物的复杂性状解析及基因发掘。千粒重是由多基因控制的数量性状,通过了解控制粒重的遗传位点、分析其单元型(等位变异)组成、及演变、遗传效应将有助于我们认识育种的历史,分析隐含的规律,指导新品种的选育。基于利用石家庄8号和石4185衍生分离群体,通过关联分析,在5DS短臂定位到一个粒重QTL。本研究利用与粒重相关的SSR标记cfd67和cfd78筛选小麦D基因组BAC文库,获得了两个BAC克隆,通过测序、组装及比对分析,从小麦祖先种粗山羊草基因组序列中获得3个高度相似的Scaffold序列,预测获得5个功能基因;通过生物信息学、表达及序列分析,初步确定TaWOX2和TaB3基因为影响粒重的候选基因。在地方和育成品种中分析了这两个基因的单元型,发现它们与农艺性状密切相关；同时,在全球小麦品种中证明它们是重要的育种选择基因,其在育种过程中受到强烈的人工选择。主要研究结果概括如下。1.利用小麦D基因组BAC C20和H8与粗山羊草基因组序列进行Blast比对,获得三个高度相似的Scaffolds,其中BAC C20与Scaffold5178相似性达99%,BAC H8与Scaffold72311和Scaffold41674相似性达98%以上。对获得的2个BAC和3个Scaffold序列进行基因预测并对基因功能进行注释,共预测到5个具有保守结构域的基因,其中C20-4、C20-8、5178-8和H8-12为转录因子,C20-5参与线粒体能量传递过程。四个转录因子中,C20-8是水稻OsWOX2的同源基因,参与种子发育,而5178-8基因含有保守的B3结构域,分别命名为TaWOX2和TaB3基因。小麦、水稻和短柄草基因组相关区域的共线性分析发现C20-4、C20-5和H8-12的同源基因位于水稻12号染色体和短柄草4号染色体,而TaWOX2 (C20-8)的同源基因位于水稻1号染色体和短柄草2号染色体,TaB3(5178-8)的同源基因位于水稻3号染色体和短柄草1号染色体。2.设计了D基因组特异性的标记,利用缺四体将TaWOX2-5D和TaB3-5D定位到5D染色体上。利用5D特异性标记进行表达分析,结果表明TaWOX2-5D为组成型表达,且生殖器官中的表达量高于营养器官,花后5天的籽粒中,石4185的表达量是石家庄8号的2倍,表达量差异显著。3.对小麦TaWoX2-5D基因序列分析发现,该基因编码序列共969bp,具有两个外显子和一个内含子,编码323个氨基酸。对该基因启动子和编码序列的多样性进行分析,发现编码序列非常保守,而起始密码子上游-5.1kb序列存在3处CT重复次数的差异,3’-UTR区距终止子392bp处存在一个SNP变异。根据石家庄8号和石4185TaWOX2-5D基因起始密码子上游-1500bp处差异设计了一对5D特异的多态SSR标记M1,扫描了石家庄8号和石4185 F2：5分离群体,M1317(石家庄8号型)等位变异对粒重的正向效应分别为2.14g(4.7%,2008年河北赵县)、3.54 g(7.8%,2009年河北赵县)、4.56 g(11.4%,2010年石家庄)、4.78g(11.5%,2010年洛阳),它与M1307(石4185型)三年四点千粒重差异均达极显著水平(P<0.001)。在育种过程中,启动子cfd78位点受到较强的人工选择,从上世纪40-90年代,cfd78259等位变异的频率一直在升高,而cfd78261等位变异的频率则在下降。根据TaWoX2-5D序列3’-UTR区SNP变异开发了一对dCAPS标记,分为Hap-C和Hap-G两种单元型,该位点在石家庄8号和石4185两亲本中无差异。在348份育成品种中进行关联分析,显示两种单元型在株高和千粒重两个性状有差异且达显著或极显著水平,携带Hap-C的品种千粒重较高、株高较低,为优异单元型。Hap-G在全国十大麦区均为主要单元型,在348份育成材料中高达93.3%,而Hap-C仅6.3%;在384份欧洲小麦品种中,Hap-G为90.3%,而Hap-C为9.7%。4.小麦TaB3-5D基因全长597bp,编码199个氨基酸,无内含子。TaB3-5D基因4处存在SNP变异(-465bp、-888bp、237bp和270bp),根据这些变异位点设计了四对dCAPS标记,在微核心种质中发现5种单元型,在348份育成品种形成6种单元型,分别命名为Hap-Ⅰ、Hap-Ⅱ、Hap-Ⅲ、Hap-Ⅳ、Hap-Ⅴ和Hap-Ⅵ,其中Hap-Ⅰ和Hap-Ⅱ是主要单元型。在地方品种中,Hap-Ⅰ单元型品种主要分布在春麦区,而Hap-Ⅱ单元型主要分布在冬麦区。中国近70年的小麦育种过程中,Hap-Ⅰ比例在冬麦区明显增加,而Hap-Ⅱ在春麦区比重稍微增加,Hap-Ⅰ和Hap-Ⅱ在348份育成品种中与成熟期和穗粒数关联,而在地方品种中与开花期、成熟期和千粒重显著关联。推测该基因可能与温度及小麦春化特性有关。在石家庄8号和石4185间,TaB3-5D四个变异位点中仅-465bp(C/G)处存在差异,在F2：5分离群体中,G型(石家庄8号型)为高千粒重单元型,C型(石4185型)为低千粒重,千粒重分别相差5.56 g(13.14%,2008年河北赵县)、3.97 g(8.81%,2009年北京)、4.75 g(11.93%,2010年石家庄)、2010年5.39g(13.1%,洛阳),三年四点均达极显著水平(P<0.001)。5.本研究通过D基因组序列和粗山羊草BAC文库相互补充,最终利用关联分析和同源克隆相结合的方法,较快地获得了目标性状相关基因TaWOX2-5D和TaB3-5D,证明关联分析是进行基因发掘的有效方法。6.在染色体区段cfd67-cfd78分离了TaWOX2-5D和TaB3-5D两个基因,单元型地理分布及育种进程中单元型频率变化表明这两个基因是育种选择基因,在这一染色体区段内可能存在多个重要的基因,他们在作物驯化过程中经历了较强的人工选择。