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同源四倍体水稻是二倍体水稻通过染色体加倍获得的新种质资源。与二倍体水稻相比,同源四倍体水稻具有生长势强、叶面积增加、叶厚茎粗和籽粒增大等特点,具有增产的潜力,但结实率普遍偏低,难以直接利用。关于同源四倍体水稻的生殖特性已有不少的研究,但其基因组在加倍后是否发生变异,以及是否影响其生殖,导致育性偏低,至今未见报道。为此,本研究利用本室加倍并自交超过10代的同源四倍体品系T452,以其二倍体水稻品种E252原种作为对照,一是对主要农艺性状和花粉育性等进行调查统计;二是对花粉母细胞减数分裂染色体行为进行观察;三是通过高通量测序技术对其全基因组进行重测序。主要研究结果如下:(1)同源四倍体T452主要农艺性状和花粉育性。T452谷粒长、谷粒宽、谷粒长宽比、主穗长平均值分别为9.70mm、3.04mm、3.20、22.85cm,比二倍体水稻品种E252原种显著增加。而结实率、株高、有效穗数和千粒重平均值分别为23.34%、78.30cm、2.90、17.71g,比E252显著减少。相关性分析表明T452结实率与有效穗数、穗实粒数、千粒重、株高存在显著的线性正相关关系。T452结实率变异系数为41.77%,E252结实率变异系数为7.12%,T452不同个体间结实率差异显著,具有遗传改良潜力。T452花粉育性为69.22%,E252为95.24%,加倍后T452花粉育性显著降低。(2)T452花粉母细胞减数分裂过程观察。T452花粉母细胞减数分裂过程与E252基本一致,经历了前期Ⅰ、中期Ⅰ、后期Ⅰ、末期Ⅰ、前期Ⅱ、中期Ⅱ、后期Ⅱ、末期Ⅱ八个时期。T452减数分裂还出现多种异常,包括染色体拖曳、落后、纺锤体异常、分离不同步以及细胞不均等分裂等。中期Ⅰ、后期Ⅰ、中期Ⅱ、后期Ⅱ异常率逐渐增加,异常率分别为27.72%、38.04%、56.06%和69.23%。T452同源染色体联会配对大多形成四价体和二价体,部分出现单价体和三价体。E252大部分正常配对形成12对二价体,少数二价体解离出单价体,这些单价体距离较近或者随机分布。T452终变期染色体构型为:(0.89±1.31)Ⅰ+(8.60±4.44)Ⅱ+(0.25±0.60)Ⅲ﹢(7.24±2.25)Ⅳ;T452中期Ⅰ染色体构型为:(1.23±1.46)Ⅰ+(12.67±4.50)Ⅱ﹢(0.50±0.87)Ⅲ﹢(4.99±0.50)Ⅳ;E252终变期染色体构型为:(0.18±0.74)Ⅰ+(11.88±0.49)Ⅱ;E252中期Ⅰ染色体构型为:(0.41±0.94)Ⅰ+(11.83±0.62)Ⅱ。(3)T452全基因组变异特征分析。E252、T452全基因组重测序共产生233226778个Raw_Reads双端序列,过滤得到232340464个Clean_Reads,Q30达到84.53%,样品与日本晴参考基因组平均比对率为96.27%,平均覆盖深度为39X。统计12条染色体每个区间段内(100Kbp)的变异情况,T452全基因组多态性和遗传差异明显高于E252。与E252比对,T452全基因组DNA多态性有62675个SNP和18197个Indel,杂合变异分别占SNP、Indel总变异的99.54%和92.06%。T452在全基因组有10797个基因序列发生变异,调控减数分裂染色体行为基因中有32个基因发生序列变异,其中RAD17、MEL1、RAD51A1内部发生了大影响变异。减数分裂相关基因的蛋白互作分析,105个变异基因与减数分裂基因有较强的直接互作关系。KEGG富集分析表明这105个差异基因主要涉及DN A复制、错配修复、同源重组等6个代谢途径。关联度大于20变异基因中有4个基因注释到DNA修复蛋白Rad51。T452全基因组对应区间段CNV变异略低于E252。CNV变异区域涉及的369个基因主要富集到8个与光合作用相关的通路,可能是导致同源四倍体水稻光合速率较高的主要因素之一。与E252比对,T452存在13888个SV变异,10232个变异区间段发生在Intergenic,占全基因组结构变异73.68%,涉及到57个与甲基化相关基因。综上,同源四倍体水稻结实率、花粉育性低,减数分裂染色体行为异常率较高。但其基因组多态性和遗传差异较高、光合速率较高等特点使同源四倍体水稻具有遗传改良前景。加倍后基因组产生的与农艺性状相关基因的变异机理,需要进一步研究。