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前期研究从小麦中同源克隆了粒重基因TaGW2,TaGW2-6A启动子区存在影响小麦粒宽和粒重的优异单元型Hap-6A-A,开发了粒重选择的有效分子标记TaGW2-6A-CAPS。在此基础上,本研究对TaGW2-6B和TaGW2-6D启动子区序列多态性、有效分子标记开发、TaGW2三个同源基因表达模式差异等进行了深入研究;系统分析了TaGW 三个同源基因从二倍体、四倍体到六倍体多倍体化过程中序列多态性、单元型组成及遗传分化等演化规律。研究结果将为小麦高产分子设计育种提供重要基因或有效标记,为复杂的小麦农艺性状和小麦多倍化过程中重要农艺性状基因的进化研究提供思路。主要研究结果如下:1.TaGW2-6B、TaGW2-6D启动子区～2.9kb序列比对分析发现,TaGW2-6B启动子区存在11个SNP,形成4个单元型,开发了一套可以有效区分全部单元型的分子标记,包括 TaGW2-6B-CAPS、TaGW2-6B-dCAPS 和 TaGW2-6B-ACAS;TaGW2-6 启动子区序列无多态性。以中国小麦微核心种质的多年多点表型数据为基础,TaGW2-6B单元型与籽粒性状关联分析表明,Hap-6B-1和-2是影响粒宽、千粒重的优异单元型,在中国小麦育种过程中经历了强烈的正向选择作用。2.TaGW2单元型在美国、欧洲、澳大利亚、俄罗斯、墨西哥和中国等全球小麦中的选择强度及地理分布分析显示,中国与欧洲、美洲、澳大利亚、俄罗斯、墨西哥等国家小麦育种历程中,对TaGW2-6B优异单元型选择方向一致,而TaGW2-6A优异单元型在不同国家间选择方向与强度存在差异,在中国、澳大利亚和俄罗斯以大粒、早熟型Hap-6A-A为主,其他国家小麦中Hap-6A-G频率较高。3.TaGW2三个同源基因在22份不同粒重小麦材料中的平均相对表达量比较分析表明,开花后6个时期及成熟种子中TaGW2-6A表达水平最高,TaGW2-6B次之,TaGW2-6D最低。千粒重高的材料平均相对表达量低,反之,千粒重低的材料平均相对表达量高,三个基因组上均表现一致;大粒型Hap-6A-A(TaGW2-6A)和Hap-6B-1及Hap-6B-2(TaGW2-6B 的平均相对表达量都低于同一位点上的小粒型单元型。这些证据均表明TaGW2基因在小麦籽粒发育过程中负调控粒宽及粒重。4.TaGW2-6A和TaGW2-6B单元型组合效应分析显示,Hap-6A-A/Hap-6B-1为大粒型单元型组合,存在一定的加性效应。TaGW2-6A和TaGW2-6B籽粒性状表型解释率分析表明,无论粒宽或粒重,TaGW2-6B表型解释率均高于TaGW2-6A,TaGW2-6A/TaGW2-6B组合的表型解释率高于单个基因。5.通过对164份小麦及近缘种材料TaGW2-6A、-6B、-6D启动子区和编码区测序分析,发现在小麦进化过程中,TaGW2核苷酸多态性从二倍体到四倍体再到六倍体显著降低;在不同倍性材料中,三个基因启动子区的多态性显著高于其编码区;在整个启动子区和编码区,TaGW2-6B多样性最高,TaaGW2-6A次之,TaGW2-6D多样性最低。6.在小麦进化过程中,TaGW2在启动子和编码区从二倍体到四倍体的遗传分化要高于从四倍体到六倍体。基于TaGW2序列多态性的系统进化树表明二倍体材料单独聚为一类,四倍体和六倍体材料则混合聚为一类。有趣的是,乌拉尔图小麦和拟斯卑尔脱山羊草相对于其它二倍体材料,与六倍体的亲缘关系更近一些,推测乌拉尔图小麦和拟斯卑尔脱山羊草可能是TaGW2基因及A和B基因组的直接供体或最主要供体。7.根据Tajima’s D的计算结果,发现TaGW2-6A和TaGW2-6B主要在启动子区发生了强烈的选择作用。比较启动子区和编码区的π值和Fst值可以看出,TaGW2-6A和TaGW2-6B启动子区的多样性高于编码区,且启动子区的遗传分化程度更高。8.TaGW2-6A、-6B启动子区单元型数目从四倍体到六倍体多倍化过程中减少。单元型网络分析表明,普通小麦和四倍体在同一个网络,二倍体单独划分为一个网络。进一步追踪普通小麦中优异单元型的来源发现,Hap-6A-A仅存在于一份硬粒小麦中,Hap-6B-1仅在栽培二粒中检测到,在野生二粒、栽培二粒、硬粒小麦和圆锥小麦中均检测了Hap-6B-2 六倍体中发现的TaGW2单核苷酸多态性位点在二倍体中呈现较高的单一性,在四倍体材料中多态性增高。9.在小麦多倍化过程中,TaGW2三个同源基因从二倍体到四倍体,再到六倍体,伴随着多倍化及驯化过程中粒宽和千粒重的提高,基因相对表达水平呈现降低趋势。进一步证明了 TaGW2负调控小麦粒宽及粒重,并经历了强烈的选择作用。