甘蓝型油菜（Brassica napus L.,AnAnCnCn,2n=4x=38）是由白菜（Brassica rapa,ArAr,2n=2x=20）与甘蓝（Brassica oleracea,CoCo,2n=2x=18）种间杂交,加倍形成的异源双二倍体。大多数土壤中的有效钾水平正在逐渐降低,可耕地低钾已成为世界大多数地区可持续作物生产的主要制约因素。研讨油菜响应低钾胁迫的分子机制,发掘耐低钾的关键基因,培养耐低钾作物新品种是应对土壤有效钾含量太低的必要办法。HKTs主要参与Na+和K+的摄取和Na+/K+的稳态。一些HKTs是植物耐盐反应的基础,而另一些HKTs在低钾胁迫条件下通过增加Na+吸收来应对短期K+短缺。本研究对低钾胁迫条件下油菜的形态生理、离子稳态、差异表达基因、关键代谢通路进行分析,初步解析油菜响应低钾的分子机制,通过对主要调控K+吸收转运的HAKs和HKTs进行基因家族分析,鉴定核心基因BnaA2.HKT1,并构建了BnaA2.HKT1超表达和敲除载体,对其功能进行初步验证。主要取得了以下结果:1.通过转录组测序,分别在根和地上部鉴定到5,620和18,470个响应低钾胁迫的差异表达基因,主要参与了糖代谢、氨基酸代谢等过程。此外,与K+吸收转运相关基因的表达丰度被低钾胁迫显著诱导,从而促进油菜在低钾胁迫条件下对K+的吸收。转录组分析表明地上部中叶绿素a/b结合蛋白、Mg2+螯合酶、光合作用II反应蛋白以及Ru Bis Co亚基结合蛋白相关基因的表达丰度被低钾胁迫显著抑制,这可能是低钾胁迫条件下叶片光合作用显著降低,叶肉组织呈明显的灼烧状,叶缘出现焦枯的原因之一。低钾胁迫条件下ROS在油菜根和地上部显著积累,差异表达基因分析表明,绝大部分RBOH的表达水平在低钾胁迫下显著上调,可能是低钾胁迫条件下ROS含量升高的关键原因,同时大多数APX、SOD和CAT基因的表达量在根和地上部中均显著上调,这些抗氧化酶基因表达增强在一定程度上缓解了氧化伤害。此外,低钾条件下,植物体内激素ABA和IAA含量产生不同水平的变化,植物激素之间的相互关系可以为研究油菜耐低钾的分子机制提供理了实验依据。2.代谢组结果表明,分别在根和地上部鉴定到206和336个响应低钾胁迫的差异代谢物。经过分析发现低钾胁迫导致根和地上部几种中性氨基酸（鸟氨酸、瓜氨酸、苯丙氨酸）和碱性氨基酸（精氨酸）的含量急剧增加,酸性氨基酸（天冬氨酸、谷氨酸）的含量显著下降。大多数糖例如葡萄糖和果糖及其相关代谢物的积累增强;参与柠檬酸循环的代谢物显著减少,而戊糖磷酸途径加强。结果表明中性氨基酸、碱性氨基酸及可溶糖等的积累是油菜响应低钾胁迫的主要生理机制,主要通过渗透调节维持油菜低钾胁迫下的生理代谢过程;同时加强磷酸戊糖途径可能是油菜响应低钾胁迫的另一个重要的代谢机制。3.本研究在油菜中鉴定了40个HAKs家族成员,8个HKTs家族成员,对HAKs和HKTs家族基因之间的进化关系分析表明它们的Ka/Ks值均小于1.0,因此认为这些基因在油菜中进行了纯化选择。基因结构分析表明HAKs和HKTs家族基因在氨基酸残基进化方面是非常保守的,同一亚家族基因成员的外显子和内含子数量相对一致,表明它们在基因功能或者结构方面具有非常重要的作用。保守基序分析表明保守基序1-10的氨基酸序列在HAKs和HKTs家族基因中具有最高的一致性。染色体定位分析表明HAKs和HKTs在染色体上分布不均匀,原因可能是在整个基因组加倍过程中,某些同源基因丢失或扩增。顺式作用元件分析表明激素响应顺式作用调控元件ABRE在启动子区域高度富集,HAKs和HKTs家族成员们有可能通过不同的激素途径调控油菜对非生物胁迫抗性反应。共线性分析表明在进化过程中,甘蓝型油菜中绝大多数的HAKs和HKTs基因保存完整。分别在HAKs和HKTs家族基因中鉴定到两个核心基因BnaA7.HAK5和BnaA2.HKT1,其可能在油菜响应低钾胁迫中具有重要作用。4.亚细胞定位显示BnaA2.HKT1定位在细胞质膜上,通过超表达BnaA2.HKT1油菜株系和敲除株系及低钾耐性不同油菜品种对BnaA2.HKT1的功能进行初步解析,表明BnaA2.HKT1可能在抗低钾胁迫中发挥关键作用。