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现代栽培小麦包括硬粒小麦(Triticum turgidum ssp.durum，2n=4x=28，AABB)和普通小麦(T.aestivum ssp.aestivum，2n=6x=42，AABBDD)两个物种。硬粒小麦仅占全球小麦产量的5％和全球小麦栽培面积的10％，但是，硬粒小麦具有高蛋白质和高胡萝卜素含量等品质特点，是意大利面等食品的专属原料，市场价格比普通小麦高出20％，具有普通小麦不可替代的农业和经济价值。相比普通小麦，硬粒小麦主要栽培地区更集中于干旱和半干旱气候地区，这使得硬粒小麦在干旱胁迫方面具有更强的适应性。硬粒小麦和普通小麦在遗传多样性和诸多性状方面存在广泛差异，在品种改良方面互为主要基因库。硬粒小麦和普通小麦(A、B基因组)可能分别驯化自栽培二粒小麦(T.turgidum ssp.dicoccum，2n=4x=28，AABB)两个主要亚群，这也可能是两者遗传多样性差异的重要原因，但三者遗传关系尚不明确。目前，利用连锁分析或关联分析等遗传学研究手段，小麦中已经开展了不少农艺性状和抗旱0TL方面的研究，但研究重点一直在普通小麦方面，硬粒小麦方面相关研究还比较有限。本研究中，我们以国际小麦基因库National smallgraincollection(NSGC)硬粒小麦核心种质为研究材料，利用小麦9k芯片对群体进行了基因型分析，对群体18个主要农艺性状和抗旱性(枯萎指数)进行了调查，结合以上信息对硬粒小麦遗传多样性和农艺性状变异进行了系统分析，主要研究果如下:
1.研究表明硬粒小麦具有丰富的遗传和表型变异。所调查的18个农艺性状具有较高的遗传力(H2为60％～92％)，其中株高、抽穗期、旗叶长度、旗叶夹角、穗长和小穗数在育种过程中受到了选择。小麦9k芯片鉴定了4，369个多态性较高(MAF大于0.05)的SNP标记，覆盖了全部14条染色体，平均标记间密度为2.6Mb，标记间物理距离大于5Mb时连锁不平衡程度迅速衰减，总体上估计户降低至0.1至少需要26Mb物理间隔。
2.研究发现硬粒小麦群体具有复杂的层级结构，具体体现在亚群间或材料间高度的遗传相关性。材料间IBS(亲缘关系)分布峰值在0.6处，说明不同材料间广泛存在高水平的亲缘关系。通过STRUCTURE软件对各材料遗传构成进行推算，发现硬粒小麦群体可以划分为2个或4个亚群，亚群间有大量的材料在遗传构成方面表现出混合性:无论划分为2个或4个亚群，分别有29％和47％的材料Q值(最大遗传成分所占比例)小于0.7，并且亚群的划分与育种状态和地理分布没有显著关系。
3.比较了现代栽培小麦(硬粒小麦和普通小麦)与祖先种栽培二粒小麦的遗传多样性，发现从祖先种到农家种再到改良种的驯化和育种过程中出现了明显的瓶颈效应，相关群体遗传多样性依次减小，并且三个小麦种呈现出显著的遗传分化，其中硬粒小麦和普通小麦分化程度最大。进一步通过STRUCTURE软件对各材料遗传构成进行推算，表明三者的遗传关系与其进化历程相关:栽培二粒小麦清晰地分为遗传和地理上相异的南部和北部两个亚群，大部分硬粒小麦遗传构成与栽培二粒小麦南部亚群相近，全部普通小麦材料与栽培二粒小麦北部亚群遗传构成相近，表明硬粒小麦和普通小麦可能起源于不同的栽培二粒小麦亚群，栽培二粒小麦的群体分化可能是硬粒小麦和普通小麦遗传多样性差异的重要原因。
4.关联分析总共鉴定了121个SNP标记(属于73个遗传位点)与17个农艺性状显著关联。对于不同性状，关联位点从1～14个不等，单个位点可以解释2％～6％的表型变异，全部位点可以解释6％～43％的表型变异率，主要取决于所检测到的关联位点数目。联合分子辅助育种(仅考虑关联位点)和基因组选择(使用全部4，369个多态性标记)发现，对于所有性状，基因组选择对表型值的预测能力均超过分子辅助育种，这说明关联分析没有检测到微效QTL，同时说明本研究关注的大部分农艺性状受主效和微效QTL控制，属于典型数量性状。121个关联标记和73个关联位点中，分别有16个和15个与多个性状显著关联，说明硬粒小麦农艺性状QTL中广泛存在“一因多效”或遗传连锁现象。利用两个F2∶3群体，我们通过连锁分析进一步对三个“一因多效”的产量因子关联位点进行了验证，结果表明连锁分析和关联分析结果完全一致，说明了关联分析结果具有可信性。
5.关联分析总共鉴定了19个SNP标记(属于9个遗传位点)与硬粒小麦抗旱性(枯萎指数)显著关联，单个位点可解释3％～6％的表型变异，全部9个位点可解释25％的表型变异。抗旱位点locus.4B.1之前在硬粒小麦和普通小麦中被广泛报道与多种抗旱和耐盐指标相关;另外，locus.4B.1同时与株高显著关联，这可能是由于locus.4B.1位于株高基因Rht-B1，下游，并且两者具有一定程度的遗传连锁。单倍型分析表明locus.4B.1具有9种单倍型(hapl-9)，其单倍型分布与前面提到的硬粒小麦、普通小麦和祖先种栽培二粒小麦的演化关系一致。硬粒小麦群体中，只有两种低频(总计12％)单倍型hap1和hap2表现抗旱性，并且与相对较低的株高相关联，这两种单倍型在育种过程中得到了选择，但是还未固定下来，在硬粒小麦抗旱改良方面具有应用潜力。
6.综合locus.4B.1处已报道的抗旱QTL信息，我们将该抗旱位点物理距离缩小至16Mb，包含177个注释基因;结合基因注释、表达模式和序列变异，我们发现三个串联重复的含有7个WD40结构域的基因TaWD40.4B.1～3可能是该位点候选基因，其中，TaWD.40.4B.2中导致蛋白质翻译提前终止的核苷酸突变CDS.1274.G＞A可能是该位点功能变异。统计学分析表明，群体中携带CDS.1274.G的株系抗旱性显著高于携带CDS.1274.A(翻译提前终止)的株系。我们进一步分析了TaWD40.4B.1～3硬粒小麦EMS突变体抗旱表型，发现三个基因在抗旱功能上具有保守性，并且不同结构域对抗旱性具有不同影响。
1.研究表明硬粒小麦具有丰富的遗传和表型变异。所调查的18个农艺性状具有较高的遗传力(H2为60％～92％)，其中株高、抽穗期、旗叶长度、旗叶夹角、穗长和小穗数在育种过程中受到了选择。小麦9k芯片鉴定了4，369个多态性较高(MAF大于0.05)的SNP标记，覆盖了全部14条染色体，平均标记间密度为2.6Mb，标记间物理距离大于5Mb时连锁不平衡程度迅速衰减，总体上估计户降低至0.1至少需要26Mb物理间隔。
2.研究发现硬粒小麦群体具有复杂的层级结构，具体体现在亚群间或材料间高度的遗传相关性。材料间IBS(亲缘关系)分布峰值在0.6处，说明不同材料间广泛存在高水平的亲缘关系。通过STRUCTURE软件对各材料遗传构成进行推算，发现硬粒小麦群体可以划分为2个或4个亚群，亚群间有大量的材料在遗传构成方面表现出混合性:无论划分为2个或4个亚群，分别有29％和47％的材料Q值(最大遗传成分所占比例)小于0.7，并且亚群的划分与育种状态和地理分布没有显著关系。
3.比较了现代栽培小麦(硬粒小麦和普通小麦)与祖先种栽培二粒小麦的遗传多样性，发现从祖先种到农家种再到改良种的驯化和育种过程中出现了明显的瓶颈效应，相关群体遗传多样性依次减小，并且三个小麦种呈现出显著的遗传分化，其中硬粒小麦和普通小麦分化程度最大。进一步通过STRUCTURE软件对各材料遗传构成进行推算，表明三者的遗传关系与其进化历程相关:栽培二粒小麦清晰地分为遗传和地理上相异的南部和北部两个亚群，大部分硬粒小麦遗传构成与栽培二粒小麦南部亚群相近，全部普通小麦材料与栽培二粒小麦北部亚群遗传构成相近，表明硬粒小麦和普通小麦可能起源于不同的栽培二粒小麦亚群，栽培二粒小麦的群体分化可能是硬粒小麦和普通小麦遗传多样性差异的重要原因。
4.关联分析总共鉴定了121个SNP标记(属于73个遗传位点)与17个农艺性状显著关联。对于不同性状，关联位点从1～14个不等，单个位点可以解释2％～6％的表型变异，全部位点可以解释6％～43％的表型变异率，主要取决于所检测到的关联位点数目。联合分子辅助育种(仅考虑关联位点)和基因组选择(使用全部4，369个多态性标记)发现，对于所有性状，基因组选择对表型值的预测能力均超过分子辅助育种，这说明关联分析没有检测到微效QTL，同时说明本研究关注的大部分农艺性状受主效和微效QTL控制，属于典型数量性状。121个关联标记和73个关联位点中，分别有16个和15个与多个性状显著关联，说明硬粒小麦农艺性状QTL中广泛存在“一因多效”或遗传连锁现象。利用两个F2∶3群体，我们通过连锁分析进一步对三个“一因多效”的产量因子关联位点进行了验证，结果表明连锁分析和关联分析结果完全一致，说明了关联分析结果具有可信性。
5.关联分析总共鉴定了19个SNP标记(属于9个遗传位点)与硬粒小麦抗旱性(枯萎指数)显著关联，单个位点可解释3％～6％的表型变异，全部9个位点可解释25％的表型变异。抗旱位点locus.4B.1之前在硬粒小麦和普通小麦中被广泛报道与多种抗旱和耐盐指标相关;另外，locus.4B.1同时与株高显著关联，这可能是由于locus.4B.1位于株高基因Rht-B1，下游，并且两者具有一定程度的遗传连锁。单倍型分析表明locus.4B.1具有9种单倍型(hapl-9)，其单倍型分布与前面提到的硬粒小麦、普通小麦和祖先种栽培二粒小麦的演化关系一致。硬粒小麦群体中，只有两种低频(总计12％)单倍型hap1和hap2表现抗旱性，并且与相对较低的株高相关联，这两种单倍型在育种过程中得到了选择，但是还未固定下来，在硬粒小麦抗旱改良方面具有应用潜力。
6.综合locus.4B.1处已报道的抗旱QTL信息，我们将该抗旱位点物理距离缩小至16Mb，包含177个注释基因;结合基因注释、表达模式和序列变异，我们发现三个串联重复的含有7个WD40结构域的基因TaWD40.4B.1～3可能是该位点候选基因，其中，TaWD.40.4B.2中导致蛋白质翻译提前终止的核苷酸突变CDS.1274.G＞A可能是该位点功能变异。统计学分析表明，群体中携带CDS.1274.G的株系抗旱性显著高于携带CDS.1274.A(翻译提前终止)的株系。我们进一步分析了TaWD40.4B.1～3硬粒小麦EMS突变体抗旱表型，发现三个基因在抗旱功能上具有保守性，并且不同结构域对抗旱性具有不同影响。