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燕麦属(Avena L.)隶属于禾本科(Poaceae),早熟禾亚科(Pooideae)，全世界约有30个物种，含有A、B、C、D四种主要的基因组。燕麦属野生物种中含有许多优异基因，是栽培燕麦及其它作物育种和改良的优质基因库。弄清燕麦属不同物种以及不同基因组之间的进化关系是高效利用这些优质野生资源的前提。皮裸性状是燕麦重要的农艺性状，与燕麦产量、品质及加工方式密切相关，深入了解皮裸性状的遗传机制、挖掘与皮裸性状相关的分子标记，对于皮裸燕麦杂交育种有着十分重要的意义。基于此，本研究利用流式细胞仪测定燕麦属物种的基因组大小、利用SNP芯片以及简化基因组测序技术—GBS对燕麦属物种亲缘关系以及染色体结构和进化进行深入研究，同时对中国裸燕麦种质资源进行大规模GBS测序，结合前人的研究结果对燕麦群体结构进行研究和比较，并利用全基因组关联分析对皮裸性状相关标记进行挖掘。主要研究结果如下:
1.基因组大小是物种的基本特征，也是物种进化的一个重要指标。本研究采用流式细胞仪对燕麦属26个物种共计99个居群的基因组大小进行了测定。结果表明，C基因组二倍体物种基因组大小(2C=10.26pg)比A基因组二倍体物种基因组大小(2C=8.95pg)大约15％。四倍体物种基因组大小依次为AB＜AC＜CC(平均2C值依次为16.76pg、18.60pg、21.78pg)。所有六倍体物种的基因组大小基本一致，平均2C值为25.74pg。同一物种内不同居群的基因组大小基本一致。且各物种的基因组大小变异和它们之间的亲缘关系基本吻合。相对其可能的二倍体供体，燕麦多倍体物种的基因组大小在多倍化进程中经历了基因组缩小的过程。基因组大小可以作为物种鉴定的一个指标，特别是用于区分具有许多相似形态特征的二倍体和多倍体物种。
2.利用6K SNP芯片对代表燕麦属的14个二倍体物种，8个四倍体物种以及5个六倍体物种的120份燕麦材料的遗传关系进行了探究，采用杂交信号强度作为连续型变量进行主成分分析以及NJ聚类分析。构建的四种不同统计量(X、Y、X+Y、X/X+Y)矩阵高度相关(p＜1×104)。PCA分析结果与NJ聚类结果高度一致，均表明大多数具有相同基因组组成的材料聚在一起。C基因组二倍体与其它物种的遗传距离最远。As基因组是A基因组内部最为进化的基因组类型，并且除A.lusitanica外，其余As基因组二倍体之间并未发生较大分化，因此不能将各材料按照其物种来源进行分类。而A.lusitanica与Ac和Ad基因组二倍体聚在一起，因此其基因组组成需要进一步研究确定。As基因组二倍体显示出与除A.agadiriana外的其它AB基因组四倍体物种较近的遗传距离，因此是其最有可能的供体。本研究同时还表明AC(DC)基因组四倍体是ACD基因组六倍体的祖先供体，并且支持目前发现的三个AC(DC)基因组四倍体由共同祖先独立进化而来的观点。
3.利用大规模GBS测序技术对燕麦27个物种的种间亲缘关系进行了研究。采用两种不同的GBS数据处理方法对获得的GBS数据进行处理:一种是利用已经定位于六倍体一致性图谱上的标记对获得的GBS数据进行tag水平的单倍型分析，即六倍体模式;一种则是基于这些物种本身获得的GBS数据进行单倍型挖掘，即denovo模型。结果表明，这两种GBS数据分析方法均获得高质量结果，对供试燕麦材料进行了高度一致的分类。此外，这两种GBS方法所得结果与前人通过传统方法（如基因序列比对）获得的燕麦属物种系统发育关系基本一致，表明基于全基因组的GBS数据结果的准确性。通过与六倍体一致性图谱进行比较，以及染色体电子涂染，结果表明，原先被认定为AC基因组组成的三个四倍体物种A.insularis、A.maroccana、A.murphyi与燕麦六倍体中的D基因组具有更高的相似性，因此其基因组组成应该为DC基因组。同时揭示了存在于D-C基因组之间的染色体易位多于A-C或A-D之间，表明D基因组先于A基因组参与到六倍体的形成。本研究结果同时证明了B基因组独立存在的合理性，也认为目前发现的燕麦属A基因组二倍体物种，包括A.canariensis，均不是燕麦D基因组供体。
4.皮裸性状是栽培燕麦(A.sativa)的重要农艺性状，本研究通过对161份中国裸燕麦以及20份不同国家的皮燕麦进行GBS测序，并结合前人发表的633份燕麦GBS数据对皮裸性状进行了全基因组关联分析。将不同材料按照其地理来源进行分类，并对其遗传多样性进行研究，结果表明来自北美洲地区的燕麦具有最高的遗传多样性，而来自中国和欧洲的燕麦材料多样性较低。群体结构分析结果表明，814燕麦材料可分为三个不同的遗传群体，分别代表中国、欧洲及北美洲中部及北部、北美洲南部和南美洲以及澳洲。这种遗传多样性得分布与群体结构的形成与栽培燕麦起源和育种历史有密切关联。GWAS分析采用通用线性模型，并利用群体结构进行校正。共计得到两个与皮裸性状最为相关的分子标记，-logP值分别达到13.09和13.05，且两个均位于Mrg21连锁群上，它们之间的遗传距离只相差7cM，并且与前人报道的与N1基因最近的位点分别相差12.8cM和5.8cM，因此可以作为有效标记对皮裸性状进一步进行研究。
1.基因组大小是物种的基本特征，也是物种进化的一个重要指标。本研究采用流式细胞仪对燕麦属26个物种共计99个居群的基因组大小进行了测定。结果表明，C基因组二倍体物种基因组大小(2C=10.26pg)比A基因组二倍体物种基因组大小(2C=8.95pg)大约15％。四倍体物种基因组大小依次为AB＜AC＜CC(平均2C值依次为16.76pg、18.60pg、21.78pg)。所有六倍体物种的基因组大小基本一致，平均2C值为25.74pg。同一物种内不同居群的基因组大小基本一致。且各物种的基因组大小变异和它们之间的亲缘关系基本吻合。相对其可能的二倍体供体，燕麦多倍体物种的基因组大小在多倍化进程中经历了基因组缩小的过程。基因组大小可以作为物种鉴定的一个指标，特别是用于区分具有许多相似形态特征的二倍体和多倍体物种。
2.利用6K SNP芯片对代表燕麦属的14个二倍体物种，8个四倍体物种以及5个六倍体物种的120份燕麦材料的遗传关系进行了探究，采用杂交信号强度作为连续型变量进行主成分分析以及NJ聚类分析。构建的四种不同统计量(X、Y、X+Y、X/X+Y)矩阵高度相关(p＜1×104)。PCA分析结果与NJ聚类结果高度一致，均表明大多数具有相同基因组组成的材料聚在一起。C基因组二倍体与其它物种的遗传距离最远。As基因组是A基因组内部最为进化的基因组类型，并且除A.lusitanica外，其余As基因组二倍体之间并未发生较大分化，因此不能将各材料按照其物种来源进行分类。而A.lusitanica与Ac和Ad基因组二倍体聚在一起，因此其基因组组成需要进一步研究确定。As基因组二倍体显示出与除A.agadiriana外的其它AB基因组四倍体物种较近的遗传距离，因此是其最有可能的供体。本研究同时还表明AC(DC)基因组四倍体是ACD基因组六倍体的祖先供体，并且支持目前发现的三个AC(DC)基因组四倍体由共同祖先独立进化而来的观点。
3.利用大规模GBS测序技术对燕麦27个物种的种间亲缘关系进行了研究。采用两种不同的GBS数据处理方法对获得的GBS数据进行处理:一种是利用已经定位于六倍体一致性图谱上的标记对获得的GBS数据进行tag水平的单倍型分析，即六倍体模式;一种则是基于这些物种本身获得的GBS数据进行单倍型挖掘，即denovo模型。结果表明，这两种GBS数据分析方法均获得高质量结果，对供试燕麦材料进行了高度一致的分类。此外，这两种GBS方法所得结果与前人通过传统方法（如基因序列比对）获得的燕麦属物种系统发育关系基本一致，表明基于全基因组的GBS数据结果的准确性。通过与六倍体一致性图谱进行比较，以及染色体电子涂染，结果表明，原先被认定为AC基因组组成的三个四倍体物种A.insularis、A.maroccana、A.murphyi与燕麦六倍体中的D基因组具有更高的相似性，因此其基因组组成应该为DC基因组。同时揭示了存在于D-C基因组之间的染色体易位多于A-C或A-D之间，表明D基因组先于A基因组参与到六倍体的形成。本研究结果同时证明了B基因组独立存在的合理性，也认为目前发现的燕麦属A基因组二倍体物种，包括A.canariensis，均不是燕麦D基因组供体。
4.皮裸性状是栽培燕麦(A.sativa)的重要农艺性状，本研究通过对161份中国裸燕麦以及20份不同国家的皮燕麦进行GBS测序，并结合前人发表的633份燕麦GBS数据对皮裸性状进行了全基因组关联分析。将不同材料按照其地理来源进行分类，并对其遗传多样性进行研究，结果表明来自北美洲地区的燕麦具有最高的遗传多样性，而来自中国和欧洲的燕麦材料多样性较低。群体结构分析结果表明，814燕麦材料可分为三个不同的遗传群体，分别代表中国、欧洲及北美洲中部及北部、北美洲南部和南美洲以及澳洲。这种遗传多样性得分布与群体结构的形成与栽培燕麦起源和育种历史有密切关联。GWAS分析采用通用线性模型，并利用群体结构进行校正。共计得到两个与皮裸性状最为相关的分子标记，-logP值分别达到13.09和13.05，且两个均位于Mrg21连锁群上，它们之间的遗传距离只相差7cM，并且与前人报道的与N1基因最近的位点分别相差12.8cM和5.8cM，因此可以作为有效标记对皮裸性状进一步进行研究。