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粒形作为水稻重要的农艺性状,是衡量稻米外观品质的主要指标,也是影响水稻产量的重要因素。水稻粒形包括粒长、粒宽、粒厚和长宽比,属于数量性状,主要受核基因控制,遗传率较高,受环境影响相对较小。本研究利用一份籼型细长粒品种P13与日本晴、密阳46、Ⅱ-32和T461X配组,分析其F1、F2群体,发现P13与其他4份材料在粒形性状上存在遗传基础差异,4个组合的F1粒长均显著高于双亲中值。利用P13与短粒品种日本晴构建F2群体,对水稻粒形QTL进行检测和定位,共检测到5个主效QTL位点,其中一个位于水稻7号染色体分子标记RM5508和RM234之间的7.7 cM处。针对该粒长主效QTL GL7,以日本晴为轮回亲本,构建近等基因系NIL-GL7。利用一个20160株的BC6F2群体构建连锁遗传图,最终将GL7定位在一个20.4 kb的区间内。通过生物信息学分析发现该区间有2个候选基因:Os07g0603300和Os07g0603400。Os07g0603400编码一个未知功能的蛋白;Os07g0603300编码一个包含TON1 RECRUIT MOTIF(TRM)的蛋白,与拟南芥中的LONGIFOLIA1和LONGIFOLIA2具有20%~22%的氨基酸同源性,而LONGIFOLIA2/TRM1可能与微管蛋白的排列有关。对候选基因的表达分析结果表明,Os07g0603300在NIL-GL7幼穗部位的表达高于日本晴,而候选基因Os07g0603400则相反。进一步对Os07g0603300(GL7)基因进行RACE分析,发现在P13中有两个转录本GL7-S1和GL7-S2。通过对引物CAPS1和210Q之间区段的DNA测序,我们在NIL-GL7中发现了一个17.1 kb的DNA片段串联重复。该GL7位点的拷贝数变异(Copy Number Variation,CNV)较好地解释了连锁交换分析中出现的大量“矛盾”单株的现象。在日本晴背景下,以Ubiquitin驱动过表达GL7-S1(pUbi::GL7-S1P13)和GL7-S2(pUbi::GL7-S2P13)均导致粒长增加约10%,而在籼稻浙辐802背景下过表达GL7-S1(pUbi::GL7-S1P13)的粒长增加达21%。GL7表达量和表型分析结果表明粒长增加幅度和GL7表达量相关。组织细胞学观察表明GL7可促进细胞的纵向延伸,同时过表达GL7还可促进稻米胚乳淀粉颗粒紧密规则排列。进一步的遗传分析和转基因结果表明,CNV导致GL7表达量上升的同时,还引起上游调控基因Os07g0603400的下调;Os07g0603400与GL7的表达间存在间接调控关系。对96份不同来源的品种在GL7、Os07g0603400、GS3、GW8、GS5、TGW6、GW2、GL3.1/qGL3的序列和等位型聚类分析表明,GL7、GS3、GW8、TGW6和GS5对粒长均有贡献,其中GL7和GS3是粒长多样性的主要影响因子。相关序列分析表明,GL7和其负调控因子与水稻粒形的多样性相关,并且GL7位点的CNV已在育种中被选择和利用。因此,通过进一步解析这些粒形基因间的相互关系,利用分子标记开展基因聚合,可为培育目标粒形品种提供参考。本文的研究结果表明聚合GL7和其他产量及品质相关基因,将会促进培育高产、优质的水稻品种。