水稻作为世界上三大粮食作物之一,以之为主食的人口数量占据着世界人口的一半以上。随着人口数量的增长,当今粮食产量已不能满足人类的需求,因此提高水稻产量是当今育种学家亟待解决的问题。水稻产量主要由三因素构成：每穗穗粒数、有效穗及千粒重。对这些产量性状基因进行克隆,并将这些有利的等位基因应用到实际育种工作中,无疑将会促进水稻高产品种的培育,以缓解人口快速增长带来的粮食危机。本研究主要从两方面进行：一方面通过分析已克隆的控制水稻每穗穗粒数的基因OsCKX2(Gnla)在不同品种间的等位变异类型,将Gnla不同的等位基因与其所对应材料的每穗穗粒数进行关联分析,以找到控制水稻每穗穗粒数的最优等位基因,从而将之应用到实际生产中；另一方面在本实验室已构建的一套长雄蕊野生稻渗入系材料的基础上,对其中的一个大穗型材料IL1880构建定位群体,利用图位克隆的方法分离鉴定该材料中控制每穗穗粒数的基因,并对其调控机制进行了初步探究。主要的研究结果如下：(1)通过对来源于不同国家或地区的175份栽培稻及21份普通野生稻的Gnla位点进行测序分析,发现在野生稻中Gnla位点的核苷酸多态性π值要明显高于栽培稻,表明野生稻在Gnla位点具有更为丰富的遗传变异。根据栽培稻中Gnla不同的等位基因所编码的氨基酸序列类型,将GNIA在栽培稻中分为14种等位基因,并对其中主要的三种等位基因AP3、AP8与AP9与其材料的每穗穗粒数进行了关联分析。结果表明,含AP9等位基因的材料的每穗穗粒数要显著高于拥有AP3与AP8等位基因的材料,因此我们认为AP9是籼稻中最优的等位基因。(2)对野生稻中GN1A的等位基因进行分析,发现AP1、AP3与AP8这三种等位基因来源于我们所研究的野生稻。根据栽培稻及野生稻中等位基因变异类型,我们构建了这些等位基因的进化网络图,并初步推测了主要的等位基因类型的进化关系。在桂朝2号系谱中,分析了其中部分材料的GN1A等位基因类型,发现在所分析材料中尽管引入了AP2等位基因,但子代材料均为AP9等位基因类型,表明了AP9等位基因在该系谱中经历了强烈的人工选择过程。另外,分析了不同等位基因的地理分布,发现不同的等位基因具有明显的地理分布特征,含AP9等位基因的材料基本上分布于中国南部,另外两个主要的等位基因AP3与AP8则分别分布于巴西和印度尼西亚及菲律宾群岛。(3)对长雄蕊野生稻渗入系中的大穗材料IL1880进行分析,发现相比于籼稻品种9311,其茎杆明显增粗,一次枝梗数、二次枝梗数及每穗穗粒数显著增加,并伴随着结实率及千粒重的降低,而单株产量和9311并无显著差异。在F2群体中采用Mut-map方法将该控制每穗穗粒数基因粗定位于8号染色体,因此将该基因命名为GRAIN NUMBER 8.1(GN8.1)。(4)通过构建BC3F2群体将GN8.1精细定位于SSR标记RM23419与INDEL标记INS-9之间84.5 kb内,该区间包括8个开放阅读框(Open Reading Frames, ORFs),其中两个为反转座子。在BC3F3群体中对GN8.1的定位区间进行验证,发现该区间的基因型与一次枝梗数紧密连锁,表明GN8.1主要通过控制一次枝梗数来影响水稻每穗穗粒数。此外,在BC3F2群体中我们筛选了一个株型较好、一次枝梗数及每穗穗粒数较多的单株,对其遗传图谱进行分析发现该材料除了含有GN8.1区间外,在3号及4号染色体还分别含有IL1880的部分片段,因此将该材料命名为染色体片段代换系1 (CSSL1),用作后续功能分析。(5)对GN8.1定位区间的6个功能基因的编码区序列及其表达水平进行分析,发现这6个基因的编码区在9311与CSSL1中并没有差异,而Os08g39890的表达量远高于其它基因,且在CSSL1中的表达水平将近为9311的3.5倍,因此将Os08g39890作为GN8.1的首要候选基因。Os08g39890编码SPL14转录因子,先前的研究表明OsSPL14通过调控TB1及DEP1的表达影响水稻的分蘖及每穗穗粒数,因此也被称为理想株型基因(IPA1)。为了进一步验证OsSPL14即为GN8.1,构建了Os08g39890的过表达载体及干涉载体,转基因互补验证正在进行中。(6)进一步分析OsSPL14的启动子序列,发现在9311与CSSL1中仅一个SNP的差异,因此我们推测OsSPL14的表达水平差异很可能由表观遗传修饰引起。通过分析OsSPL14的启动子序列DNA甲基化水平,发现9311中OsSPL14启动子-900至-600bp区间内胞嘧啶的甲基化水平要明显高于CSSL1。此外,分析9311与CSSL1的幼穗组织中染色质的组蛋白修饰水平,发现H3K27me2及H3K27me3这两种组蛋白修饰在9311幼穗中的富集程度显著高于CSSL1,并且通过免疫染色也证实了这一结论。另外,采用CHIP-PCR的方法对OsSPL14基因区域H3K27me2及H3K27me3的修饰进行了验证,结果表明9311中H3K27me2与H3K27me3富集程度显著高于CSSL1。因此我们认为GN8.1为OsSPL14的表观等位基因,主要通过DNA甲基化及H3K27me2与H3K27me3修饰来调控OsSPL14的表达水平,从而影响水稻每穗穗粒数。