芒普遍存在于野生稻中,可以帮助种子散布,同时防止鸟兽啄食。现代栽培稻一般为无芒或个别短芒,水稻长芒性状的丧失是水稻驯化的重要事件之一,开展水稻芒发育相关基因的定位、克隆及分子调控的研究,对深入了解芒的遗传基础、发育机制及水稻的驯化机制具有重要意义。此外,芒作为与株高、穗型、粒色等类似的直观形态标记,了解其形态发生的遗传机制可为形态标记在水稻品种选育的利用积累资料,也可为其他植物的功能基因研究提供理论依据。本研究利用广西普通野生稻DP15和籼稻9311构建染色体片段代换系库,获得以9311为背景的的高代回交群体(>BC5代),从中筛选出遗传稳定的具有长芒表型的代换系XL138,通过遗传分离大群体的构建和多轮的分子标记设计,对存在于XL138的长芒性状基因进行了精细定位,并对定位区域的候选基因进行了预测,发现XL138携带的长芒基因是一个新的基因位点,命名为Awn8。主要的研究结果如下:(1)染色体片段代换系XL138的性状分析。以轮回亲本9311作比较,对染色体片段代换系XL138和9311进行表型分析,表明代换系XL138和9311在株高、分蘖数和每穗粒数上不存在显著性差异,芒长和芒着生比率较9311显著增加,粒长、长宽比和千粒重较9311均显著降低。结果显示,XL138的芒长为3.91±0.30cm,芒的着生比率为98±1.2%,芒长和芒着生比率分别较9311增加275.96%和214.10%。XL138的千粒重为28.71±0.28g,粒长为11.23± 0.04mm,长宽比为3.40± 0.03,分别较 9311 降低了 7.03%,3.68%和 3.13%。(2)长芒性状遗传分析和定位群体构建。用代换系XL138与轮回亲本9311杂交构建芒长基因定位的分离群体,F1代表现为长芒,与XL138一致;在F2代分离出长芒和短芒两种表型,比率为981:306,卡方分析显示长芒和短芒的比率符合3:1分离比,表明XL138的长芒性状受1对主效显性基因控制。(3)长芒基因Awn8的初步定位。利用分布于水稻12条染色体上1633对引物,筛选到415个在XL138和9311两亲本间具有多态性的分子标记。利用筛选出的多态性分子标记检测代换系XL138的遗传背景,结果显示XL138有4个普通野生稻材料DP15的渗入片段,分别位于8号和9号染色体上。连锁分析显示,长芒目的基因在第8染色体上,位于分子标记M3和M8之间,该定位区域物理距离约为0.89Mb,是一个新的控制长芒基因位点,命名为Awn8。(4)长芒基因Awn8的精细定位。由于长芒定位区域的分子多态性不足,设计的SSR和STS等标记都不能对Awn8进行更精确的定位。因此,对代换系XL138进行全基因组测序,基于基因组重测序的结果在初步定位的区间设计了 8个SNP标记,利用扩大的定位群体2816株短芒单株将Awn8定位在M16和M18两标记之间,物理距离约为54Kb。(5)长芒基因Awn8的候选基因分析。根据水稻基因注释信息网,在精细定位的54Kb区域内有7个候选基因,与栽培稻9311的核苷酸序列进行比对,结果显示代换系XL138中P1、P2和P5三个候选基因与栽培稻9311的核苷酸序列完全一致,推测是候选基因的可能性较小。代换系XL138中P4基因与栽培稻9311比对只有2个碱基的差异而且氨基酸序列的相似度高达99%,另外其分子功能具有催化活性,参与生物胁迫、代谢过程等生物学过程,推测其为候选基因的可能性较小。基因P6和P7在水稻中都属于C2H2锌指蛋白家族,目前报道的植物C2H2型锌指蛋白主要参与植物各个时期的生长发育,可导致水稻外稃顶端的变化,进一步影响水稻芒的生长发育。其中P7虽然属于C2H2锌指蛋白家族,但仅有1个碱基的同义突变,推测其为候选基因的可能性不大。基因P6有2个碱基的无义突变,故我们将P6基因作为候选基因之一,其功能有待进一步验证。基因P3的功能未见相关报道,但有51bp的缺失和12个碱基置换,导致在代换系XL138中仅编码81个氨基酸,而在栽培稻9311中则编码267个氨基酸,P3基因在两亲本间的差异较大,推测其可能是候选基因,仍需要进一步的验证。