大麦作为一种全球重要的禾谷类作物，其矮化育种在提升产量和增强抗倒伏能力方面具有关键作用。然而，当前大麦矮杆基因的单一性已成为制约新品种品质与产量进一步提升的主要瓶颈。因此，创制新型大麦矮杆突变体、解析大麦株型发育的调控网络以及挖掘新的矮杆基因，是突破大麦矮杆育种遗传限制的重要策略。本研究通过CRISPR/Cas9基因编辑技术和过表达技术，系统分析了HvGS3基因对大麦株高及籽粒发育的具体影响；借助转录组测序技术，深入探讨了编辑系茎秆与籽粒中基因表达模式及其代谢通路的变化，并筛选出受HvGS3亚基调控的潜在下游基因；此外，利用Pull down联合质谱技术（IP-MS）以及双荧光素酶互补成像技术（LCI），进一步鉴定并验证了HvGS3亚基的关键互作蛋白。主要结果如下：　　（1）大麦中Type C Gγ亚基OsGS3基因的同源基因HvGS3由5个外显子和4个内含子组成，其编码序列（Coding sequence，CDS）全长为510 bp，可编码169个氨基酸。HvGS3在大麦花药和种子中的表达量显著高于根、叶、外麸和内麸中的表达量。不同物种间GS3亚基的N端OSR（organ size regulation）结构域高度保守，而C端半胱氨酸富集区差异显著。麦类作物通常仅含有1个DEP1-like型和1个GS3-like型Gγ亚基，而水稻等其他单子叶作物则包含2个DEP1-like型和1个GS3-like型Gγ亚基。　　（2）以Golden Promise为受体，利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除HvGS3基因，并通过胚乳特异性启动子驱动HvGS3基因的表达，分别获得hvgs3功能缺失突变体和HvGS3OE过表达系。与Golden Promise相比，hvgs3的株高降低了43.1%，粒长减少了36.7%，千粒重降低了31.8%；HvGS3OE的株高与对照无显著差异，而粒长增加了15.8%，千粒重增加了21.8%。此外，通过杂交将hvgs3基因导入到青稞主栽品种昆仑14号中，在F5代株系（基因型为DEP1/DEP1， gs3/gs3）中观察到株高较昆仑14号降低了24.4%，千粒重降低了15.3%，粒长和粒宽分别降低了2.5%和30.3%。上述结果表明，HvGS3基因是大麦株高和籽粒大小的重要的正调控因子。　　（3）hvgs3矮化突变体的矮化机制的初步分析表明，与Golden Promise相比，突变体的节间数未发生变化，但各节间的长度显著缩短了7.3%~33.0%，同时茎秆木质素含量增加了22.0%。显微结构分析显示，hvgs3的茎表皮细胞长度减少了36.0%，而机械组织的厚度增加了33.9%；单位面积内的维管束总数量和总面积分别提高了22.9%和74.4%。田间实验结果进一步表明，hvgs3的茎秆抗倒伏指数提升了28%，表现出更强的抗倒伏能力。　　（4）转录组分析显示，hvgs3的茎秆和种子中差异表达基因显著富集于苯丙烷类生物合成、MAPK信号通路、淀粉与蔗糖代谢以及植物激素信号调控等关键通路。这些通路可能在茎秆和籽粒发育过程中发挥重要调控作用。在苯丙烷类生物合成通路中，木质素合成相关基因在hvgs3茎秆中呈现显著上调（1.23~4.84），这可能是导致hvgs3茎秆木质素含量增加的原因之一。此外，赤霉素合成通路中的关键酶编码基因GA3ox在hvgs3茎秆中的表达显著下调（-5.61）。苗期外施赤霉素处理后，hvgs3的株高恢复至与Golden Promise相近水平，这表明hvgs3是一种对赤霉素敏感的矮杆突变体。进一步推测，赤霉素合成受阻可能是导致hvgs3矮化表型的重要原因之一。　　（5）在hvgs3茎秆和种子的转录组数据中，筛选出表达差异极显著的下调基因HvCPI8和Hv7S。通过病毒介导的基因编辑系统，分别获得了hvcpi8和hv7s编辑系。与对照组相比，hvcpi8编辑系的株高降低了22.8%，穗长缩短了22%，粒长减少了10%；而hv7s编辑系的株高降低了18.8%，但穗长未发生显著变化。上述结果表明，HvCPI8和Hv7S可能作为新的矮杆相关基因参与调控大麦生长发育。　　（6）利用GST pull-down结合质谱分析，筛选到茎秆中与HvGS3亚基互作的两个候选蛋白，分别为Copine和AP-2。通过LCI分析验证，在烟草叶片中， Copine和AP-2能够与HvGS3亚基发生互作，并成功补全荧光素酶蛋白以分解底物并发出荧光。功能分析表明，Copine蛋白可通过油菜素内酯信号通路调控拟南芥和玉米的植株发育，其突变体表现出明显的生长矮小表型。AP家族基因对拟南芥的生长发育至关重要，其功能缺失突变体不仅表现出显著的生长缺陷，还伴随木质部细胞程序性死亡异常。　　综上所述，本研究结果表明HvGS3基因是调控大麦株高和籽粒大小的关键正向调控因子。hvgs3突变体表现出株高降低、木质素含量增加的特性，显著提升了其抗倒伏能力，为大麦矮杆育种提供了重要的种质资源。此外，本研究鉴定到2个新的矮杆相关基因和2个与HvGS3亚基互作的蛋白，为初步揭示了G蛋白信号通路在调控大麦株型发育中的复杂网络机制提供依据，进一步为深入理解G蛋白信号在大麦作物株型发育中的分子机理奠定了重要基础。