近年来,苦荞作为优质杂粮作物,因其独特的营养价值,其加工产品深受大众的喜爱,但由于种壳较厚,导致的不易脱壳、加工过程复杂及营养物质易流失等问题严重制约了苦荞加工产业的发展,因此培育易脱壳的苦荞新品种成为生产发展的迫切需要。本试验在2年3地对281份苦荞自然群体的种壳厚度进行了系统评价,并基于重测序的基因分型结果进行了全基因组关联分析（Genome Wide Association Study,GWAS）,对与种壳厚度显著相关的SNP位点和候选QTL区域进行了深入挖掘,同时结合转录组与代谢组分析,利用加权基因共表达网络分析（Weighted Gene Co-Expression Network Analysis,WGCNA）,最终确定了7个高置信度的种壳相关候选基因,并对其中的果胶酯酶基因FtPME通过遗传转化苦荞毛状根进行了功能验证,检测了转基因株系与对照株系毛状根中总果胶含量变化,初步解析了FtPME参与果胶代谢的分子机理。主要研究结果如下:1.将281份苦荞种质资源进行全基因组重测序,共获得545,891个高质量SNP。分析发现该群体存在丰富的遗传多样性（平均Pi=0.41）,但亚群之间分化程度较低（Fst为0～0.05）,表明群体间基因漂移非常有限;群体结构分析显示该群体可以被划分成6个亚群,各亚群中均存在连锁不平衡（r~2为0.14～0.65）。2.云州区、岢岚县和太谷区连续2年3个环境的苦荞自然群体种壳厚度调查（横切面壳厚,CHT;纵切面壳厚度,LTH）结果显示,种壳厚度在供试群体中具有丰富的表型变异,根据聚类分析可将其划分为3类,即厚壳、中等壳厚和薄壳苦荞;分析发现壳厚性状拥有较高的广义遗传力,LHT和CHT分别为0.87和0.91,表明种壳厚度主要受基因调控。对3种不同类型的种壳进行力学特征分析,发现果壳率、硬度与种壳厚度呈显著正相关,脱壳率与种壳厚度呈显著负相关;种壳理化指标分析显示,木质素单体（愈创木基木质素,G型;紫丁香基木质素,S型）、纤维素、半纤维素均与种壳厚度呈正相关,对-羟基苯基木质素（H型）与种壳呈负相关,但不显著;厚壳苦荞种壳果胶含量均比薄壳苦荞中果胶含量高,且在发育过程中是不断积累的。组织切片观察发现,苦荞种壳结构主要由内外表皮、横向及纵向厚壁组织这4层组成,其中厚壳苦荞与薄壳苦荞主要在内表皮及横向厚壁组织存在差异,且厚壳苦荞内表皮及横向厚壁组织厚度均比薄壳苦荞厚,平均增厚17.3μm。3.对种壳厚度LHT和CHT进行全基因组关联分析,共鉴定到434个SNP位点与种壳厚度显著相关,共确定了16个候选QTL区域（CHT 13个,LHT 3个）,候选区间内共获得555个基因。在LHT和CHT关联结果中CHT2.2、CHT3.1、CHT4.1与LHT2.1、LHT3.1、LHT4.1共定位,这些区域内可能存在同时影响CHT与LHT的重要候选基因。这三个区间内共包含271个基因,通过差异表达分析、相关性分析、单倍型分析和功能注释等,最终确定10个高置信度的种壳相关候选基因。4.通过对薄壳与厚壳品种进行转录组测序和广泛靶向代谢物测定,共获得31,839基因和3,704个代谢物,差异比较分析显示共有2,882个差异表达基因（1,438个上调表达,1,444个下调表达）,以及2,164个差异代谢物;WGCNA分析发现,模块Metan及Mesteelblue与差异代谢物存在显著的相关性,共获得1,897个种壳代谢相关候选基因,结合GWAS分析结果最终确定7个与种壳厚度相关的高置信度候选基因。进行qRT-PCR分析,发现除FtPin G0001690000（细胞色素P450,CYP450）在厚壳品种Ft271的黑色种壳中高表达外其余6个基因均在薄壳品种Ft58的黑色种壳中高表达。进一步序列分析发现,果胶酯酶基因FtPME（FtPin G0007465000）与拟南芥At PME58亲缘关系较近,均有两个保守结构域,且蛋白三级结构高度相似,并在细胞质膜特异表达;单倍型分析显示FtPME基因有3个SNP位点和3种单倍型,每种单倍型间种壳厚度均有显著差异;第三外显子上SNP（Ft3:11,396,546）位点KASP基因分型结果与GWAS测序结果一致。5.通过构建CAM-RNAi-PME干扰载体,遗传转化苦荞毛状根,检测转基因株系与对照株系毛状根中总果胶含量变化,发现转基因苦荞毛状根总果胶含量比野生型苦荞毛状根总果胶含量高,表明FtPME基因负调控果胶含量,导致果胶积累。综上所述,本研究对281份苦荞材料种壳厚度进行全基因组关联分析,结合种壳转录组学与代谢组学分析挖掘到7个高置信度候选基因。将编码果胶质酶的FtPME基因遗传转化苦荞外植体进行初步功能验证,证实FtPME通过负调节果胶积累,从而影响苦荞种壳厚度,本研究为深入解析苦荞种壳厚度分子机理奠定了基础。