玉米的野生近缘种材料主要指玉蜀黍属的大刍草和摩擦禾属的摩擦禾,它们具有优质、抗病、抗虫、抗寒、耐涝、耐盐和多年生等多种优良特性,是玉米新材料创制和玉米遗传改良的重要遗传资源。我们利用玉米、四倍体多年生大刍草和摩擦禾三物种,通过远缘杂交与多倍化,创制合成了玉米（M）-摩擦禾（T）-大刍草（P）异源多倍体系统（简称MTP系统）。该系统集合玉米、大刍草和摩擦禾三物种的基因组,集杂种优势和多倍化优势于一体,是集合多物种、多优势,加速玉米与其近缘材料多源基因研究、推进玉米改良强有力的平台工具。本研究以MTP为供体,玉米自交系B73为轮回亲本,在高代回交自交系中诱发出了矮化玉米突变体。因此,在对供体MTP的遗传研究基础上,开展了玉米矮秆突变新材料的性状、机理、遗传和基因克隆等研究。主要结果如下:1.供体MTP的转录组研究。1)利用实时单分子测序技术对异源多倍体MTP进行全长转录组测序。为了获得更全面的MTP转录组学数据,通过使用Pac Bio Iso-seq测序技术从MTP的五种不同组织中尽可能的产生了更为全面的转录组数据。从异源多倍体MTP中获得了总共9,422,711个raw reads,经过组装和质控后,产生227,375个unigenes;在七大数据库（Nr、Nt、GO、KEGG、KOG、Swiss Prot和Pfam）中,94.73%的unigenes得到了注释,显示了较高的注释率。通过结构预测,鉴定产生了12,982个Lnc RNAs和9,508个TFs。在MTP转录组Cogent重建的基础上鉴定了1,673个基于Uni Trans Model的可变剪接事件;所获得的参考转录组将为MTP在后续转录水平的研究提供参考。通过于NCBIRef数据库的Blast比对,推定7,137个可能是MTP的独有新转录本。将24,521个鉴定得到的MTP CDS序列与摩擦禾、大刍草的可用数据库以及玉米参考基因组进行对比,结果表明:尽管融合了三物种亲本基因组,MTP更倾向于保留玉米的遗传信息。重新鉴定涉及抗病、耐盐碱、耐寒等抗逆相关关键基因的潜在unigenes,结果表明:MTP转录组数据有助于探索MTP中抗逆相关的有用基因组资源,从而推进MTP在玉米育种中的应用。2)基于Iso-seq测序数据结果开发MTP EST-SSR分子标记。对MTP、2份玉米、4份摩擦禾、6份大刍草以及以MTP为亲本培育的17份饲草种质,共计30份材料进行遗传多样性分析,鉴定所开发的EST-SSR标记的可用性。从MTP的227,375个Unigenes中,鉴定出总共222,110个SSR位点位于92,983个Unigenes中,分布频率为40.89%。开发的300对引物,扩增成功率为76%,其中45对多态性引物,多态性引物在30份材料中获得了397个条带,多态性信息含量的平均值为0.7558;遗传距离变化范围为0.5678～0.9096。同时,聚类分析结果表明:相同种属的材料被聚为一类,材料间的聚类与材料来源呈相关性;证实所开发的SSR标记的可用性,并揭示了供试材料之间的遗传多样性,为今后MTP在饲草培育中遗传多样性水平的研究提供依据,也为分子标记辅助育种奠定了基础。2.矮秆突变体产生、性状鉴定、机制及其遗传效应分析。1)矮秆突变体d MTPB73是在MTP与B73杂交的高代回交自交系BC3S4中发现的自然矮化突变体,其与正常株MTPB73相比,株高、穗位高和果穗长缩短达极显著水平,穗粗缩短达显著水平;相较于轮回亲本B73,突变体株高、穗位高、果穗长、穗粗和轴粗缩短均达极显著水平;株高动态测试结果表明:播种35天后,d MTPB73与MTPB73的株高差异极显著,并随着生长期的推移株高差异逐步加大。d MTPB73与MTPB73茎秆节间数无显著差异,分别测量节间长度,d MTPB73每个节间长度都极显著短于MTPB73对应的节间长度。细胞切片比较显示:d MTPB73的维管束较MTPB73变小,且排列更紧密,d MTPB73的纵切细胞排列规则,但长度明显短于MTPB73;d MTPB73表现为节间细胞长度缩短导致节间均匀矮化,株高降低。外源激素的敏感性测试表明:d MTPB73对GA3和IAA钝感,对高浓度BR有所响应,但不能恢复到MTPB73水平。将d MTPB73分别与自交系SW1611、京724、京72、PH4CV和RPS125进行正反交,经t检验,正反交株高差异不显著,性状受核基因控制;F2群体以及以BC1群体的统计分析表明:F2群体中高、矮株的分离比率分别为3:1和1:1,表明矮秆性状受隐性单基因控制。3.矮秆基因的定位。利用纯合矮秆突变体与正常株系DNA分别构建高、矮秆混池,经测序分析,高、矮秆基因池与玉米参考基因组（B73-V4）比对率分别为97.95%和97.75%,对比检测SNP与Indel差异位点,选择95%置信水平下大于阈值的窗口作为候选区间,将矮秆基因初步定位于玉米3号染色体;将未对比到玉米参考基因组的reads与MTP参考转录组库对比,高、矮秆基因池的比对率分别为0.77%和1.04%;分析结果表明:d MTPB73与MTPB73均具有较高的背景回复率,矮秆突变体d MTPB73中包含的来自MTP的序列数目较正常株MTPB73中更多。以自交系SW1611与d MTPB73的杂交F2为定位群体,从均匀分布于玉米10条染色体上的SSR标记中,筛选出在双亲和高、矮秆间具有多态性的共显性标记22对;连锁分析表明,矮秆基因与3号染色体标记连锁,因此将矮秆基因初步定位于3号染色体,这与测序分析结果相互印证。为进一步对矮秆基因精细定位,本研究利用位于3号染色体连锁标记附近的102对引物进行共显性标记筛选,筛选出的8对引物用于F2群体中的隐性单株的扩增,根据带型统计结果,将目标基因候选区间缩小在Indel标记Chr3-5580580与Chr3-5847200之间,物理距离为272kb,区间内包含11个基因。4.矮秆连锁标记开发与候选基因预测。在候选区间内的11个基因中,选取物理位置位于中间的基因Zm0001d039456进行同源克隆,发现相较于d MTPB73,MTPB73中存在一个7个碱基的缺失片段,以此设计开发Indel标记,统计该标记在F2隐性单株中的交换单株数,将矮秆基因定位于Zm0001d039456左侧,标记Chr3-5580580与Indel-1之间,物理距离为95kb。区间内包含2个玉米基因,分别为Zm00001d039455（编码烯丙基化的rab受体家族蛋白）和Zm00001d039454（核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶1）;基因同源克隆结果表明:d MTPB73与MTPB73在Zm00001d039454和Zm00001d039455中均存在碱基突变,但仅在Zm00001d039454中的变异位于编码区,由鸟嘌呤（G）变成腺嘌呤（A）,并导致氨基酸序列由丙氨酸（Ala）变为苏氨酸（Thr）。综上所述:基因Zm00001d039454是潜在的致矮基因,且通过性状与物理位置相结合表明该基因不同于已报道的矮秆基因,但该基因的功能和等位性鉴定还有待进一步验证和研究。