硬粒小麦(Triticum durum,AABB,2n=4x=28)是四倍体栽培小麦,其播种面积约占世界小麦总面积的10%,是世界重要的粮食作物之一。硬粒小麦是由野生二粒小麦(Triticum dicoccoides L.,AABB,2n=4x=28)驯化而来,在其起源和驯化的过程中经历了长期复杂的环境演变条件,在很多性状上具有丰富的变异,同时具有良好的环境适应性,是普通小麦次级基因源库。因此,对硬粒小麦进行遗传评价及主要农艺性状的研究,对于发掘优异的种质资源,用于硬粒小麦及普通小麦的遗传改良具有重要的意义。本文首先对来自世界各地的150份硬粒小麦材料的10个主要的农艺性状进行了4年3个重复的表型鉴定;其次利用基于EST序列开发的1366个SNP标记对150份硬粒小麦材料的遗传多样性,群体结构研究以及连锁不平衡(LD)进行了研究;并利用1366个SNP标记基于混合线性模型(MLM)对其10个主要的农艺性状进行了关联分析;另外,利用MALDI-TOF-MS技术,对150份硬粒小麦材料的低分子量麦谷蛋白亚基组成进行了鉴定。主要结果如下:1.硬粒小麦主要农艺性状的表型鉴定:硬粒小麦10个主要的农艺性状间都存在丰富的变异,都呈连续性分布,表现为典型的数量性状。大部分性状间存在显著的相关关系。广义遗传率的结果也表明考察的所有性状都有较高的遗传率(H2>80%)。因此这些农艺性状的表型数据可以用于后续研究。另外鉴定了一些农艺性状优异的材料可进一步验证加以利用。2.硬粒小麦遗传多样性研究:利用1366个单核甘酸多态性(SNP)标记对硬粒小麦进行了遗传多样性研究,硬粒小麦表现出较高的遗传多样性,平均Nei’s遗传多样性和PIC值分别是0.2395和0.1950。B基因组相对A基因组具有更高的遗传多样性。不同生态地理区域的硬粒小麦群体的遗传多样性也表现出较大差异。3.硬粒小麦群体结构分析:群体结构分析表明,供试硬粒小麦材料主要被分为两个明显类群。硬粒小麦不同类群并没有表现基于国家和地区上一致规律性,而部分生态地理区域的材料有一定的关联,不同时间段的材料的聚类也表现出一定的一致性。4.硬粒小麦连锁不平衡分析:硬粒小麦基因组中表现出较高的LD水平,不同的基因组和染色体的平均LD程度不同,A基因组的LD程度总体上要高于B基因组。极显著的LD的成对位点的比率范围从1A的2.4%到2B的7.4%(R~2>0.1,p<0.001),14条染色体上平均R~2值变化范围从1B的0.043到4A的0.113。结合EST标记的最新物理位置,在染色体和基因组水平,对其LD衰减水平进行评估,不同的染色体内LD衰减距离各异,总体上A基因组衰减距离大于B基因组。5.硬粒小麦10个主要农艺性状的关联分析:在四年数据中,基于混合线性模型(MLM)对10个主要农艺性状进行了关联分析,共检测到165个显著关联结果,不同性状的关联标记的数目从1个到54个不等,这些标记解释了5.0%-26.1%的表型变异。单个性状可能与多个标记相关联,同时单个标记也可能与多个性状相关联。一些关联标记与已报道的数量性状位点(QTL)研究相一致。共有7个显著的关联结果在四年的关联分析中被重复检测到(主穗长(LMS)和株高(PH)分别有4和3个),同时2个关联结果在3年数据中被重复检测到,11个关联结果在两年数据中都有检测到,这些重复性的关联结果多是显著且可靠的。通过对关联标记对应的EST序列进行同源性序列比对,共确定了多个可能控制相关农艺性状的主效候选基因。同时我们在2A、5A、6A、7A、1B和6B染色体特殊区域发现了一些与农艺性状显著关联的标记聚集形成的QTL簇。6.硬粒小麦低分子量麦谷蛋白亚基组成鉴定:在Glu-A3和Glu-B3两个位点,一共鉴定出了12个低分子量麦谷蛋白亚基基因的等位变异,其中有2个先前没有报道的新的变异。Glu-A3和Glu-B3位点各有5个先前报道过的亚基被鉴定出来,其中Glu-A3位点Glu-A3e、Glu-A3a/c、Glu-A3d、Glu-A3f和Glu-A3b分别占43.0%、16.1%、10.1%、12.8%和7.4%;Glu-B3位点Glu-B3d,Glu-B3b和Glu-B3c分别占60.4%、6.0%和6.0%,Glu-B3h的材料有4个,Glu-B3f也仅在一个材料中被鉴定出来。另外,在Glu-A3和Glu-B3位点各有一个新的蛋白亚基基因型被鉴定出来,分别编码的蛋白亚基分子量在40500 Da和41260 Da左右。