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理想株型是作物高产的基础,解析株型调控的遗传基础可为小麦分子育种提供理论依据。本实验室利用EMS处理普通小麦地方品种望水白获得多蘖矮秆突变体NAUH167,突变性状受单个隐性基因控制。利用（NAUH167×苏麦3号）RIL2:6群体构建了遗传图谱,通过全基因组QTL扫描,将控制总分蘖数、有效分蘖数和株高的QHt.nau-2D定位于2DS染色体的Xcfd11和Xgpw361之间,相关性分析发现分蘖数与株高极显著负相关,推测突变基因有一因多效的效应。本研究在以上基础之上,通过构建新的次级分离群体并加密遗传图谱,精细定位了QHt.nau-2D;利用比较基因组学和表达分析,预测并克隆了候选基因,并初步研究了候选基因的功能。取得的主要结果如下:1、望水白和NAUH167发育动态比较分析:对望水白和NAUH167五个生育期的表型观察发现,一叶期,二者表型无明显差异,幼苗期的分蘖芽也无明显差异,推测该突变体不是通过影响腋生分生组织和分蘖芽的形成而导致多蘖表型;分蘖期,尽管二者的分蘖数和分蘖芽数目均没有显著差异,但NAUH167中分蘖芽的长度较望水白显著增加;拔节后期至成熟期,二者分蘖数、分蘖芽数目和分蘖芽长度均差异显著。由此推测,在营养生长与生殖生长并进期,望水白中分蘖芽伸长受到抑制,而在突变体中,分蘖芽的生长抑制被部分解除,分蘖芽持续伸长间接抑制了植株顶端生长,导致NAUH167分蘖数增多,株高降低。2、调控突变性状的主效QTL位点QHt.nau-2D在不同环境稳定存在:利用（NAUH167×苏麦3号）RIL2:7、RIL2:8的总分蘖数、有效分蘖数和株高表型数据做频次分布图和相关性分析,发现分蘖数呈正态（偏向于苏麦3号）分布,株高呈双峰分布,两个年份的分蘖数与株高均极显著负相关,与前期RIL2:6群体结果一致。前期定位的同时控制分蘖数和株高的主效QTL QHt.nau-2D在两年均被定位于标记Xcfd11和Xgpw361之间,与前期定位结果一致。进一步证明NAUH167突变表型主要由一个稳定的QTL控制,表现为一因多效。3、QHt.nau-2D的精细定位及其候选基因TaRBG1的克隆:利用（中国春-粗山羊草2D代换系2011I-78×NAUH167）F2和F2:3群体,结合目标区域的标记开发,将QHt.nau-2D定位于标记QHT239和QHT187之间,遗传距离为0.8 cM,对应粗山羊草参考基因组2DS的物理距离约6.77 Mb。利用660k SNP芯片进行BSA分析,基于目标区域SNP开发标记,进一步缩小了主效QTL定位区间,将QHt.nau-2D定位于QHT239和xtcaps17（QHT262）之间,遗传距离为0.5 cM。利用新开发的标记,结合五个生长季（2011I-78×NAUH167）F2群体共9657个单株表型鉴定结果,筛选交换单株;根据定位区段内7个标记的扩增结果,将交换单株分为10种单倍型,最终将QHt.nau-2D定位于InDel347kb和InDel2之间,物理区间为223 kb。在中国春参考基因组相应的223 kb物理区间,存在3个注释基因（TraesCS2D01G140400、TraesCS2D01G140500 和 TraesCS2D01G140600）,均注释为ARM repeat superfamily protein。分别在望水白、NAUH167的分蘖芽RNA反转录的cDNA中克隆三个基因的CDS,结合分蘖芽RNA-seq,发现二者只有TraesCS2D01G140600 CDS 第一段外显子 172 位碱基存在 SNP(SNPC172T),且该基因在NAUH167分蘖芽中显著下调表达,推测该基因为QHt.nau-2D的候选基因,命名为 TaRBG1（Repressor of tiller Bud Growth）。TaRBG1编码蛋白包含 9个跨膜结构域和1个类似犰狳折叠（Armadillo-like fold）结构域。SNPC172T导致其第一个跨膜结构域的第58位氨基酸从亮氨酸突变为苯丙氨酸,进而导致61位氨基酸处由TM helix变为Alpha helix,96-97位氨基酸处的Beta strand变为Alpha helix。亚细胞定位发现,TaRBG1定位于细胞膜。进化树分析发现该基因只在禾本科中存在同源基因,推测该基因产生于禾本科分化之后,是一个禾本科特有的新基因,TaRBG1 与乌拉尔图TuG1812G0200001416最同源,其次是小麦的TraesCS2D01G140300 和大麦的 HORVU2Hr1G024480。4、TaRBG1的功能分析:利用小麦公共表达数据库预测TaRBG1的表达模式发现,其在分蘖期的茎端分生组织和胚轴中表达量最高;利用RNA-seq和qRT-PCR分别分析望水白和NAUH167不同时期、不同组织基因表达谱发现,TaRBG1在望水白分蘖期至成熟期的分蘖芽中表达量最高,在幼苗期的茎端分生组织和分蘖期以后的胚轴、茎秆中表达量相对较高,在NAUH167中同时期的相同组织中表达显著下调。利用检测望水白和NAUH167中TaRBG1 SNPC172T的标记TaRBG1-SNP对（NAUH167×望水白）和（2011I-78×NAUH167）两个F2群体分析发现,TaRBG1与分蘖数和株高共分离,TaRBG1（野生型）基因型的单株少蘖高秆,而TaRBG1L58F（突变型）基因型的单株多蘖矮秆。对来自12个Cadenza和3个济麦22背景的TaRBG1 两个 Cadenza 突变体（2018In-932 和 2018In-944）分蘖期的分蘖芽显著长于野生型,且分蘖芽中TaRBG1的表达量显著下调;其余突变体与野生型相比,6个Cadenza突变体分蘖数显著增多且株高有不同程度的降低,3个济麦22突变体均株高降低。对以Fielder为受体的TaRBG1过量表达和靶向敲除的T1代阳性植株表型观察发现,过量表达阳性株系较受体分蘖数和株高无明显变化,靶向敲除后株系也未观察到多蘖矮秆表型,还需要进一步对后代株系进行观察。5、TaRBG1调控株型可能与TB1-2-5A以及激素途径有关:对望水白和NAUH167在3个表型差异显著时期的分蘖芽组织进行RNA-seq分析,结果发现:差异表达基因与植物细胞壁生长的GO富集显著相关,3个时期共同差异表达基因中有TB1家族基因,并涉及乙烯信号途径、油菜素内酯信号途径、生长素信号途径以及温度调节途径等。选取在NAUH167分蘖芽中显著下调表达的TCP转录因子家族基因TB1-2-5A进行表达模式分析,发现该基因也在幼苗期和分蘖后期的分蘖芽组织特异高表达。对分蘖期望水白摘顶后发现分蘖芽中TaRBG1显著下调表达,TaRBG1启动子区域预测存在5个特有的GA响应元件。综上推测TaRBG1有可能参与到TB1-2-5A以及激素途径来调控小麦的分蘖数和株高,是调控植物株型的重要基因。