水稻是世界上最重要的粮食作物之一,产量性状研究一直备受关注。产量性状与其他数量性状一样都受到多基因的控制,并在分离后代中呈现连续的表型变异。水稻稻穗是水稻产量的直观体现,穗子形态的改变直接影响水稻的产量,对穗部性状遗传变异基础的研究对改良水稻产量等方面具有重要意义。为了更好地揭示穗部性状的遗传基础,本研究中我们构建了含有1,840个株系的水稻籼型重组自交系群体,并通过一种基于全基因组重测序的基因型分析方法,获得较高分辨率的重组图谱,并以此对相关性状进行QTL定位。该方法通过对选择出来的含有132个株系的定位群体进行全基因组测序来鉴定单核苷酸多态(Single nucleotide polymorphisms, SNPs),并以SNPs为基础鉴定每个株系的重组位点,再将这些重组位点间的片段设定为一个遗传重组单位,’进而构建成以bin为分子标记单位的遗传图谱。采取该图谱进行QTL分析,可以将目标QTL精细定位到一个狭窄的区间范围内,然后通过图位克隆的方法将目标基因分离。本研究利用从籼型两系杂交稻两优培九RIL群体1,840个家系中随机挑选出的132个株系进行全基因组重测序并获得高密度的遗传图谱,对与穗部相关的7个性状进行了QTL分析。并对其中的3个稳定表达的QTL(qPPB3, qSPBl, qSN8)进行了精细定位。再根据剩余的1,708个重组自交系对三个具有代表性的QTL进行连锁分析,并对这3个QTL进行精细定位。其中对位于3号染色体上的一次枝梗数相关的QTL的精细定位,利用了目标QTL对应的置换系与背景亲本进行杂交获得F2群体,将其分解为单基因并精细定位,为穗部性状QTL的图位克隆奠定了基础。主要结果如下：1.亲本和群体性状分析在两个不同的环境条件下,对亲本以及群体的穗部相关性状进行考察。亲本间,穗长、每穗颖花数、二次枝梗数以及单株重在不同的生态条件下均有显著的甚至极显著差异,性状差异不会因为环境的改变而在亲本间发生颠换现象。相关性分析得出,每穗颖花数与穗部结构因子(穗长、一次枝梗、二次枝梗)有极显著的正相关。不同的环境下,单株重受到穗数或者穗长的影响。单株穗数与每穗颖花数、一次枝梗数以及穗长之间呈负相关。对群体各性状进行了基本特征统计,除了11HN下的单株穗数以及单株重的偏度和峰度大于1.0,其余基本都小于1.0。说明多数性状都符合正态分布,具备QTL作图所要求的特征。2.利用重组自交系检测穗部相关性状QTL利用己测序的93-11/PA64s 132个重组自交系群体,考察2个环境下6个穗部相关性状以及单株产量作为表型值,分析亲本及重组自交系群体的性状表现。运用MultiQTL1.6软件对这7个性状进行了主效QTL检测,共得到31个加性位点,分布在12条染色体上。各个QTL贡献率在6%16.5%之间,其中一次枝梗数检测到6个QTL,解释表型变异的7.8%～15.3%。位于3、4、6和7染色体上的QTL对一次枝梗数的增效等位基因来自亲本PA64s,位于8号染色体上的QTL对一次枝梗数的增效等位基因来自亲本93一11。穗长检测到6个加性位点,解释表型变异的6%13.5%。其中位于1、9和11号染色体上的QTL对穗长的增效等位基因来自亲本PA64s,位于4、5和8号染色体上的QTL对穗长的增效等位基因来自亲本93-11。单株穗数检测到一个加性位点,位于5号染色体上,解释表型变异的13.4%。对单株穗数的增效等位基因来自亲本PA64s。二次枝梗数检测到4个QTL,解释表型变异的6.2%～10.3%。位于1和9号染色体上的3个QTL的增效等位基因来自亲本93-11,3号上的QTL来自亲本PA64s。穗着粒密度性状共检测到3个QTL,解释表型变异的100%～16.5%。分别位于3、4和11号染色体上,增效等位基因均来自PA64s。每穗颖花数检测到5个QTL,解释表型变异的7.9%～13.4%。其中位于2、8、9和10号染色体上的4个QTL的增效等位基因来自亲本93-11,而位于4号染色体上解释表型变异13.4%的QTL的增效等位基因来自亲本PA64s。对单株产量检测发现有5个QTL位点,解释表型变异的6.3%～12.8%。位于4、6和8号染色体上的QTL增效等位基因来自亲本93一11,另外位于11和12号染色体上的QTL增效等位基因来自亲本PA64s。同时发现有4个区段具有共定位现象,分别为位于4号染色体的SNP4-208-SNP4-236区段同时控制穗着粒密度和每穗颖花数、位于8号染色体的SNP8-40-SNP8-71片段同时控制每穗颖花数、一次枝梗数以及单株产量、位于9号染色体上的SNP9-93-SNP9-119区段中的qSPB9b和qSN9分别控制二次枝梗数和每穗颖花数以及位于11号染色体的SNP11-123-SNP11-171位点同时控制穗长和单株产量。同时结合前人的研究结果,讨论了穗部相关性状基因座,为进一步对水稻穗部结构分子标记辅助选择以及对穗部相关性状基因的图位克隆奠定了基础。3.穗部性状QTL的精细定位与功能分析利用两优培九的重组自交系挑选核心RIL群体在2011年海南以及2011年杭州检测水稻穗部性状QTL,挑选核心RIL群体所剩下的1,708个株系对三个重要QTL进行连锁分析。将qPPB3、qSPBl和qSN8分别定位于385kb、2.5kb以及9.83kb的范围内。为进一步缩小qPPB3的范围,发展了BC3F2群体。利用QTL-qPPB3对应的一个置换系GH18与93-11回交并自交,构建F2群体(1,105个单株,2011年海南)及其F3群体(1,105个株系,2012年杭州),将qPPB3分解为单基因。应用5对InDel标记,结合F3群体株系的表型数据,将其精细定位在P6与P7之间约34.6kb的范围内。经过精细定位后,对这三个QTL的进行候选基因分析。结果发现,qPPB3的候选基因为已知基因D88,亲本序列之间存在1个可以改变氨基酸序列的单碱基替换。qSPBl的唯一候选基因是LAX1,93-11中该等位基因的外显子区有一个单碱基替换。最后,qSN8的区间内仅有一个候选基因Ghd8/DTH8,分析亲本间的序列发现在PA64s的启动子区有一个单碱基替换和一个8bp的缺失。进一步互补实验验证,将93-11的DTH8基因通过农杆菌转化转入PA64s中,转基因植株均表现出株高变高、穗部变大、分蘖变少和穗分枝增多的特性。针对已报道的穗部相关基因,对4个与穗部形态相关基因以及与本研究相关的3个基因的表达水平进行分析。在穗部发育初期,PA64s中D88、APO1、IPA1、DTH8和LAX1等基因的表达水平明显低于93-11,而两个与每穗粒数相关的基因GN1α和DST却高于93-11。D88与独脚金内酯具有紧密的联系,说明D88调控独脚金内酯在不同时期不同位置的含量。因此,独脚金内酯不仅影响茎秆分枝,也影响穗部的分枝；93-11中的穗粒数明显高于PA64s,是由于DTH8基因在93-11中的高表达导致穗部变大和穗粒数增多。同样,PA64s中的LAX1基因的低表达引起了穗部二次枝梗数目的显著降低。穗部分枝或者植株分枝与产量相关的基因之间具有未知的关联,本研究对穗部相关QTL分析再次证明了重要的产量相关基因不仅仅只影响某一个单一的性状,而是综合的性状对产量具有明显的贡献。可以通过对这些重要基因进行分子聚合,进而选择出符合育种家需求的高产品种。