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普通小麦（Triticum aestivum L.,2n=6x=42,AABBDD）是全球人口的主要粮食作物之一,中国更是全球最大的小麦生产和消费国。随着全球人口的递增,全球小麦的需求量也在不断增加。因此,保障和提高小麦产量成为了小麦相关研究的重点和热点。小麦产量主要由亩穗数、穗粒数和粒重三因素构成。其中,粒重又可分解为粒长、粒宽和粒厚,即小麦粒长能直接影响粒重从而决定小麦产量。株高作为小麦重要的农艺性状,影响植株的倒伏、收获指数以及产量;同时,部分控制株高的基因也显著影响小麦的籽粒性状。因此,对小麦粒长和株高相关基因或位点的挖掘和调控机制解析对提高小麦产量和保证粮食安全具有重要意义。四倍体小麦是普通小麦遗传改良的优异基因源,蕴藏大量包括长粒和矮化等的优良性状和基因位点,但研究相对较少。本研究旨在:（1）对不同四倍体小麦粒长和株高性状进行考察和分析,发掘优异的遗传资源材料;利用GBS（Genotyping-by-sequencing）对不同四倍体小麦进行简化基因组测序和构建系统进化树,探讨它们之间的亲缘关系;（2）利用课题组已构建的重组自交系群体（Recombinant inbred line,RIL）进行粒长和株高QTL分析,通过遗传和构建近等基因系（Near-isogenic line,NIL）对候选基因进行定位、克隆和分析,结合转录组测序（RNA-seq）解析粒长和株高调控潜在的分子机制。主要研究结果如下:1.测量37份四倍体小麦粒长和株高性状,发现波兰小麦（Triticum polonicum L.,2n=4x=28,AABB）（除CGN 12291外）、东方小麦（T.turanicum Jakubz.,2n=4x=28,AABB）（除PI 352514外）和伊斯帕罕小麦（T.ispahanicum Heslot.,2n=4x=28,AABB）的粒长较长;圆锥小麦（T.turgidum L.,2n=4x=28,AABB,AS313,简阳矮蓝麦Jianyangailanmai,简称Ailanmai）的粒长显著短于其他四倍体小麦。新疆矮秆波兰小麦AS302（dwarf Polish wheat,简称DPW）、日本矮秆波兰小麦IC 12196和Ailanmai的株高较矮;新疆高秆波兰小麦AS304（tall Polish wheat,简称TPW）株高最高且显著高于其他四倍体小麦。GBS测序和系统进化树分析表明波兰小麦（除CGN 12191外）与硬粒小麦（T.durum Desf.,2n=4x=28,AABB）、东方小麦的亲缘关系较近,波兰小麦CGN 12191与伊斯帕罕小麦的亲缘关系较近。波兰小麦CGN 12191与其它波兰小麦在A亚基因组的差异较大。2.对DPW×Ailanmai的RIL群体进行多年多点QTL分析,检测到一个位于7AS染色体控制波兰小麦长粒的位点KL-PW。遗传定位和基因序列分析确定KL-PW候选基因为编码MIKC型MADS-Box蛋白的VRT-A2PW。VRT-A2PW第一个内含子发生插入/缺失突变导致该基因发生可变剪接,即矮秆波兰小麦VRT-A2PW具有两个转录本即VRT-A2PW1和VRT-A2PW2。基因单倍型分析发现该突变类型仅存在于波兰小麦和新疆稻麦（Triticum petropavlovskyi）。实时荧光定量PCR分析表明VRT-A2PW在发育籽粒中的表达量显著高于VRT-A2Ailanmai。油菜素内酯（Brassinosteroid,BR）敏感性检测和BR相关基因的表达分析发现,VRT-A2PW可能为BR信号转导的正调控因子。同时,利用人工杂交将VRT-A2PW成功导入六倍体小麦,显著增加了衍生后代的籽粒长度。3.对Ailanmai×圆锥小麦甘麦的RIL群体进行粒长和株高性状的相关性分析,发现Ailanmai的短粒基因KL-JY可能与矮秆基因Rht22紧密连锁,位于7AS染色体上。对NIL的表型分析发现KL-JY不仅导致籽粒变小,还导致穗长变短、穗粒数增多、旗叶变宽、叶片褶皱、小穗变小、芒长变短、外稃和颖壳变短等。对NIL进行RNA-seq分析发现,KL-JY可能通过影响G蛋白信号、MAPK信号、植物激素和转录因子调控途径中基因的表达,进而影响BR和生长素的信号转导、生长素和细胞分裂素的含量,从而引起Ailanmai的籽粒变短。4.对DPW×TPW的RIL进行多年多点QTL分析,检测到两个控制株高的位点PH-DPW和PH-TPW。PH-DPW位于4BS染色体上,最高可解释82.69%的表型变异,候选基因为Rht-B1b。对NIL进行RNA-seq分析,发现Rht-B1b影响激素、抗氧化活性、氮代谢相关途径和细胞壁结构相关基因的表达,限制细胞壁的松弛并抑制了细胞的伸长,引起DPW的矮化。PH-TPW位于5AL染色体上,最高可解释11.45%的表型变异,为调控株高的新位点。开发新的分子标记连锁分析进一步将PH-TPW的候选区间缩至522.06-523.88 Mb之间,遗传距离为3.60 c M。候选基因克隆和序列分析推测PH-TPW的候选基因可能为Traes CS5A02G312000。