上世纪六十年代,绿色革命矮秆基因Rht1和Rht2的广泛应用,极大地提高了小麦的抗倒伏性和收获指数,促进粮食产量的显著提升。然而赤霉素不敏感型矮秆基因Rht1和Rht2对胚芽鞘长度和千粒重会产生不利影响。因此,挖掘赤霉素敏感型矮秆基因对培育抗倒伏小麦新品种具有重要意义。本研究以对产量没有负面效应的赤霉素敏感型矮秆突变体je0199(根据定位区段后命名为Rht8-2)为研究材料,精细定位并克隆了赤霉素敏感型矮秆基因Rht8。通过基因编辑、亚细胞定位、基因表达、外源赤霉素处理与内源赤霉素含量测定等分析明确了Rht8基因调控株高的作用。同时,利用Rht8-2与相对高秆品种农大5181(ND5181)杂交构建的RIL群体,结合小麦40K芯片构建的高密度遗传连锁图谱,定位了影响株高和穗密度的关键QTL,揭示了Rht8-B1新等位变异对株高的影响。取得的主要结果如下:1.小麦矮秆基因Rht8的图位克隆(1)通过野生型冬小麦京411和矮秆突变体je0199杂交后构建的包含11670个单株的F_2分离群体,将矮秆基因精细定位在2D染色体约700 kb区间;候选区间内存在大片段的Gap区域,利用三代测序组装京411参考基因组并结合Fielder参考基因组,确定了Gap区域内Traes CSU03G0022100串联重复形成的多拷贝基因中CG类型拷贝突变为T类型,引起氨基酸编码提前终止,造成Rht8-2植株矮化。Traes CSU03G0022100基因编码核糖核酸酶蛋白,包含一个保守的核糖核酸酶-H结构域。克隆测序结果表明,矮秆突变体Rht8-2中Traes CSU03G0022100基因突变与Rht8来源的日本赤小麦品种的变异一致,暗示矮秆突变体Rht8-2中Traes CSU03G0022100基因即为Rht8。(2)对不同拷贝编辑材料分析结果表明,编辑一个有功能型拷贝Rht8基因的株系株高降低9 cm,降秆效应为9.7%;编辑两个有功能型拷贝的株系株高降低16 cm,降秆效应为17.2%。矮秆基因Rht8主要在节和节间表达,在突变体中表达量显著低于野生型,推测突变后基因表达降低导致株高变矮。亚细胞定位结果表明Rht8编码的蛋白定位在细胞核中。(3)施加外源赤霉素能使Rht8-2株高恢复至野生型水平,暗示矮秆突变体中内源赤霉素减少引起株高降低。内源赤霉素含量测定结果表明,矮秆突变体Rht8-2中活性赤霉素GA_1和GA_3含量及其生物合成通路中GA_(53),GA_(44),GA_(19)的含量均显著降低。催化GA_(12)转化成GA_(53)的氧化酶GA13ox-2A,GA13ox-2B,GA13ox-2D的表达量也显著降低。综合推测突变体中赤霉素合成关键基因GA13ox表达量降低引起活性赤霉素GA_1和GA_3含量减少impregnated paper bioassay,从而导致植株矮化。(4)粗山羊草克隆测序结果表明,Traes CSU03G0022100基因仅含有CG类型拷贝,推测小麦品种中T类型的拷贝是在异源六倍体形成后变异产生。通过开发Rht8突变位点的测序标记S7,对365份我国现代小麦品种和87份地方品种进行鉴定,结果表明,矮秆基因Rht8在黄淮麦区分布频率最高,达到77.5%;其次是在长江中下游麦区占50.7%,西南春麦区Rht8矮秆基因型占43.5%,北部冬麦区为17.1%;表明矮秆基因Rht8在我国现代小麦品种中广泛存在。在87份早期地方品种中,矮秆基因Rht8仅占11.5%。综合表明Rht8矮秆基因在现代小麦育种中受到正向选择利用。(5)利用京411和Rht8-2杂交构建的F_6代重组自交系和京411背景的Rht8 BC_3F_2单株以及其BC_3F_3株系,分析了矮秆基因Rht8对株高、千粒重、穗粒数等性状的影响。在F_6群体和BC_3F_2群体中,Rht8纯合突变型株高显著降低,千粒重和穗粒数差异不显著。在BC_3F_3株系中,Rht8纯合突变近等基因系株高显著低于对照材料,降秆效应达19%,千粒重和穗粒数均无显著差异。2.小麦矮秆基因Rht8-B1的遗传定位(1)利用Rht8-2与冬小麦农大5181(ND5181)杂交构建的包含139个株系的RIL群体,通过小麦40K芯片基因型扫描构建高密度遗传连锁图谱,结合表型数据,共检测到7个与株高(3个)和穗密度(4个)相关的稳定QTL:qPH2B.1,qPH2D,qPH4B,q SC1B,q SC2B.1,q SC2D.1,和q SC7D。通过对qPH2B.1定位区间加密分子标记,将该位点矮秆基因缩短至3.5 Mb区间,包含B基因组的Rht8基因(Rht8-B1)。Rht8-B1基因两亲本序列差异分析发现ND5181中第524-525位GC碱基(Rht8-B1a)与Rht8-2(TT,Rht8-B1b)存在差异。两个田间试验点表型调查结果表明,RIL群MK-4827纯度体中Rht8-B1b降低株高的效应分别为6.2%和3.6%,提高小穗密度的效应分别为5.8%和6.3%。(2)利用基因编辑在Fielder背景下比较了Rht8-B1和Rht8-D1的降秆效应,Rht8-B1和Rht8-D1的降秆效应分别为5.6%和17.5%,说明Rht8-B1的降秆效应明显小于Rht8-D1。Rht8-B1和Rht8-D1都在拔节期的茎秆中高表达,但是Rht8-D1的表达水平显著高于Rht8-B1。在Rht8-D1突变体中,Rht8-B1基因表达显著提高。(3)对Rht8-B1a和Rht8-B1b在305份世界小麦品种中的分布分析,结果表明中国小麦品种中Rht8-B1b型占35.2%,而112份其他国家小麦品种中仅5.4%含Rht8-B1b型。进一步分析193份中国小麦现代和地方品种中Rht8-B1a和Rht8-B1b的基因型,发现118份现代品种中20.3%的材料含有Rht8-B1b,75份地方品种中58.7%的材料含有Rht8-B1b,表明RIACS-10759抑制剂ht8-B1b在现代小麦育种中还没有被广泛利用。综上,本研究精细定位并克隆了小麦重要矮秆基因Rht8,阐明了Rht8通过调节活性赤霉素含量降低株高,揭示了Rht8矮秆基因型起源于六倍体小麦形成后且在现代育种中受到选择利用。同时,研究定位到调控株高和穗密度的7个稳定QTL,克隆了降秆效应较小的qPH2B.1的目的基因Rht8-B1。研究结果将深化植物株高遗传调控机制研究,促进矮秆抗倒伏小麦新品种培育。