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株高是作物重要的农艺性状，许多株高变异与赤霉素(Gibberellin，GA)响应的异常有关。多年来小麦GA信号途径的研究集中于赤霉素信号负调控因子DELLA蛋白及其少数突变体，其中两个DELLA突变体(Rht-B1b和Rht-D1b)在矮化育种中的利用成就了小麦的绿色革命。近年来由于Rht-B1b和Rht-D1b在小麦生产育种上的广泛使用，小麦矮秆基因资源的利用变得越来越单一和贫乏，因此发掘更多的矮秆基因遗传变异资源以及进一步了解小麦赤霉素信号途径，对于小麦的遗传改良和育种具有重要的理论意义和实践意义。为此，我们对报道过的编码小麦DELLA蛋白的株高调控基因Rht-1进行了等位变异的发掘，同时，还克隆了3个与DELLA蛋白互作的小麦GA受体TaGID1蛋白的编码基因，并进行了基因定位和功能分析。主要研究结果如下：
Ⅰ小麦株高控制基因Rht-1新等位变异的发掘
首先通过BAC文库(小偃54基因组文库)筛选和同源克隆，从普通小麦品种小偃54和中国春基因组DNA中获了3个Rht-1同源基因(Rht-A1、Rht-B1和Rht-D1)的全长序列。其次，构建了基于巢式PCR扩增和琼脂糖检测的EcoTILLING分析体系，并利用该体系对中国小麦种质(包括261份中国微核心种质和1708份中国主栽品种及重要育种亲本两个群体)进行了Rht-1基因的等位变异研究。结果发现：
在中国微核心种质中，检测到7种Rht-A1基因型(包括野生型Rht-A1a和6种新类型Rht-A1b、Rht-A1c、Rht-A1d、Rht-A1e、Rht-A1f和Rht-A1g)、10种Rht-B1基因型(包括野生型Rht-B1a和8种新类型Rht-B1h、Rht-B1i、Rht-B1j、Rht-B1k、Rht-B1l、Rht-B1m、Rht-B1n和Rht-B1o)以及6种Rht-D1基因型(包括野生型Rht-D1a和4种新类型Rht-D1e、Rht-D1f、Rht-D1g和Rht-D1h)。在所有的新变异中，有2个移码突变和12个错义突变涉及了DELLA蛋白的氨基酸变化。通过突变发生位置以及SIFT软件分析，推测位于NLS保守基序(核定位信号域)的Rht-A1d错义突变(A273I)，以及位于LHRⅡ保守基序的Rht-Dle和Rht-D1h错义突变(A395P和L391R)严重影响了蛋白功能(SIFT值<0.05)。而移码突变Rht-B1k和Rht-D1g缺失了大部分或部分DELLA蛋白的C-端功能域，推测为丧失功能突变。
在中国主栽品种和重要育种亲本中，在Rht-B1位点检测到10种基因型，包括7种MCC中出现的类型(Rht-B1a、Rht-B1b、Rht-B1h、Rht-B1i、Rht-B1j.Rht-B1l、Rht-B1m)、2种新类型(Rht-B1p和Rht-B1q)和矮秆基因Rht-B1e(存在于引进的国外材料中)。在Rht-D1位点检测到4种基因型，包括野生型Rht-D1a、矮秆基因Rht-D1b和2种新类型(Rht-D1i和Rht-D1j)。
矮秆基因Rht-B1b和Rht-D1b在微核心种质中的比例较低(均为5.7％)，而在中国主栽品种和重要育种亲本中比例较高(分别为28.8%和33.67%)。新等位基因Rht-B1h、Rht-B1i、Rht-B1j在两个检测群体中均占一定比例，是仅次于Rht-B1a和Rht-B1b的常规基因型，Rht-B1h在中国主栽品种和重要育种亲本中的比例达到了10.13%。此外，Rht-B1h还是矮秆突变Rht-B1c的原初供体基因(即Rht-B1c是在Rht-B1h基础上的突变)。对冬小麦种质的基因型和株高性状之间的关联分析发现，等位基因Rht-B1i可以显著增加株高，效应在15.2%-18.2%之间。
Ⅱ小麦赤霉素受体基因Ta GID1的克隆与功能分析
利用同源克隆的方法，从中国春小麦中获得了3个Ta GID1同源基因的基因组DNA和cDNA全长序列。每个Ta GID1基因均由两个外显子和一个内含子构成。利用中国春的一套缺体四体和缺失系将3个基因分别定位于第一群染色体1A、1B和1D长臂的1AL3-0.61-1、1BL-0.47-0.69和1DL2-0.41-1区段上。根据染色体定位结果，3个TaGID1基因被分别命名为Ta GID1-A1、Ta GID1-B1和Ta GID1-D1。在小麦野生二倍体近缘种乌拉尔图小麦(AA)、拟斯卑尔脱山羊草(BB)以及粗山羊草(DD)中克隆了GID1同源基因。氨基酸序列比对分析发现，GID1蛋白在小麦及野生二倍体近缘种中非常保守。系统进化树分析结果与Ta GID1基因的染色体定位结果一致。
Ta GID1-A1、Ta GID1-B1和Ta GID1-D1基因在小麦抽穗期的穗下节、第三节间，第四节间、旗叶及幼穗组织中均呈组成性表达，且均在旗叶中表达量最高。对小麦幼苗地上部Ta GID1基因的表达分析发现，GA处理会诱导3个Ta GID1基因的表达下调。通过酵母双杂交检测发现，在没有GA的情况下，小麦TaGID1(TaGID1-A1、TaGID1-B1和TaGID1-D1)与小麦DELLA蛋白(RHT-A1、RHT-B1和RHT-D1)之间表现弱的相互作用，而GA存在时可以极大的增强TaGID1与RHT1的互作。此外，与TaGID1-B1和TaGID1-D1相比，TaGID1-A1表现出更强的结合DELLA蛋白的能力。在拟南芥gid1a/1c双突变体中过量表达每个Ta GID1基因均可互补拟南芥gid1a/1c双突变体的矮化表型。这些结果表明我们分离的3个小麦Ta GID1都是有功能的GA受体基因。