小麦(Triticum aestivum L.)是世界上最重要的粮食作物之一。不断选育高产、优质、高抗和广适的小麦新品种是广大育种者的共同目标。小麦穗部性状与产量有直接关系,而穗部性状一般是由多基因控制且在小麦穗发育的不同时期中发挥不同的作用。当前,小麦幼穗发育相关基因的研究报道相对较少,阻碍了对深入了解小麦穗部性的发育调控以及相关基因的分子标记辅助选择育种应用。因此,筛选并鉴定与小麦穗部性状发育有关的基因是极其必要的。本研究以三个具有不同穗部性状特征的普通六倍体小麦为供试材料,利用转录组测序(RNA-seq)技术,分别对三个材料小花分化期的幼穗、叶子以及灌浆期的种子进行测序分析,筛选穗部特异性表达基因,并通过RT-qPCR进一步验证。本研究主要结果如下:(1)利用Illumina高通量第二代测序技术,分别对多小穗材料10-A、寡小穗材料BE89和小麦品种川农16小花分化期的叶片、幼穗以及灌浆期的种子等共八份材料进行了测序分析。每个样本的碱基识别正确率均在99%以上,通过与参考基因组的比对,从10-A小花分化期的叶子、幼穗和灌浆期的种子分别获得51610490、52559616和52559616条Reads及91051、97652和99786个基因,从BE89小花分化期的叶子、幼穗和灌浆期的种子分别获得53941731、51320211和50601900条Reads及91948、93681和93243个基因,川农16小花分化期幼穗和灌浆期的种子分别获得53024625和5072760条Reads及98379和96422个基因,每个样本Reads的Mapping率均在70%左右;(2)对8个样本RNA-seq结果中表达量进行主成分分析(PCA),结果表明,来源于10-A、BE89和川农16的小花分化期叶子、幼穗和种子分别被聚在一起,不同器官间距离较远,而同一器官不同材料间距离较近。由此可见,RNA-seq的结果表明三个材料间基因表达的差异远远小于三个组织器官间基因表达的差异,因此,可以筛选到穗部特异表达基因;(3)为筛选不同小麦材料中的与穗部发育相关的基因,采用TPM(Transcriptsper Million)对转录组测序结果中表达量的数据进行样本内标准化,以log FC threshold值取6.65(表达差异在100倍左右)为条件,以三个材料的叶和种子作为对照,筛选到10-A与BE89穗部特异性表达的差异基因共161个(上调表达74个,下调表达87个);(4)对差异表达基因进行GO功能富集分析与KEGG代谢途径富集分析;其中74个上调表达基因经GO功能富集分析,发现其基因功能涵盖在细胞组分(2个)、分子功能(13个)、生化过程(24个)三大类中的26个功能里,共有4个基因可以被富集到KEGG代谢途径中的4个通路(亚油酸代谢途径、脂肪酸延长、类黄酮生物合成、丙酮酸代谢途径)里;87个下调表达基因经GO功能富集分析,发现其基因功能涵盖在细胞组分(2个)、分子功能(13个)、生化过程(20个)三大类中的25个功能里,共有6个基因被富集到KEGG代谢途径中的4个通路(类黄酮生物合成、植物的昼夜节律调节、烟酸/烟酰胺代谢途径、吞噬体)里;(5)对161个差异表达基因的注释信息进行检索,筛选未经报道或者在其他作物中有同源基因报道与穗部发育有关的,且转录组测序中表达量较高(材料间最高大于50,最低不为0)的基因。结果共筛选到22个穗特异表达候选基因,命名为TaST1-22(ST,Spike Typical)。其中20个基因未见报道,两个基因TaST-13与TaST-15分别在拟南芥与水稻中有同源基因AtPAP27与OSH15,所以重新命名为TaPAP27与TaOSH15;PAP27在拟南芥中被确认与小花顶端分生组织的铁、锰吸收有关;OSH15在胚胎发育时期与水稻幼苗的分生组织发育有关,在胚胎发育后期停止表达,之后在花分生组织中特异性表达;(6)利用实时荧光定量PCR(RT-qPCR),以10-A、BE89、川农16分蘖期、拔节期和开花期的根、茎、叶、穗共36个样本的cDNA为模板,对所筛选的22个候选基因的表达进行了检测。以22个基因的外显子区为模板,按照RT-qPCR引物设计原则设计特异引物。Blast验证引物特异性,并经RT-PCR预实验检验引物的扩增效果。RT-qPCR结果表明,有7个基因在转录组差异表达分析时在小花分化期的穗子中特异性表达,而在供试材料材料中表现为非特异性穗部表达(对照为根、茎、叶),有15个基因经验证确认为穗特异性表达。这些特表达基因在开花期的各个材料中表达量极低,而在分蘖期与拔节期的穗部表达量均较高且明显高于其他器官。就不同品种小麦的穗部而言,TaST1、TaST2、TaST3、TaST4、TaST5、TaST8、TaST9、TaST70、TaTST11、TaST12、TaST14、TaPAP27、TaOSH15在分蘖期时,10-A表达量小于BE89(显著或极显著),而在拔节期时,10-A表达量大于BE89(显著或极显著);TaST6、TaST7、TaST9在分蘖期时,10-A表达量大于BE89(显著或极显著),而在拔节期,10-A表达量同样大于BE89(显著或极显著)。就同一品种小麦穗部而言,TaST1、TaST2、TaST3、TaST4、TaST5、TaST9、TaST1O、TaST11、TaST12、TaST14、TaPAP27、TaOSH15在10-A分蘖期与拔节期穗部表达量递增,在BE89分蘖期与拔节期的穗部表达量递减;TaST6 TaST7在10-A分蘖期与拔节期的穗部表达量为递减,在BE89分蘖期与拔节期的穗部表达量同为递减,TaST8在10-A分蘖期与拔节期穗部表达量为递增,BE89分蘖期与拔节期的穗部表达量同为递增;就3个品种小麦穗部而言,TaST1、TaST3、TaST4、TaST8、TaST1O、TaST11、TaST12、TaPAP27在分蘖期时,10-A表达量小于川农16小于BE89,在拔节期时,10-A表达量大于川农16大于BE89的表达模式与材料的穗部性状特征对应最为明显,可进一步研究以了解基因的功能与时空表达特征,明确其与穗部性状发育的关系。