甘蓝型油菜（Brassica napus L）是我国第一大油料作物,近年来,随着品种改良和配套农艺技术水平的提高,油菜的生产面积和产量获得了更大的扩增空间。但目前,制约我国油菜生产潜力的主要限制因素包括其抗性弱和机械化程度低等。长江流域油菜主产区的季节性干旱,是造成油菜减产的重要因素之一。此外,随着油菜地上部分器官重量的增加加剧了油菜茎秆的支撑压力,容易引起折断倒伏,进而造成产量损失和机收困难。因此,研究油菜抗旱和抗折的相关机制,鉴定抗性相关基因、厘清调控网络,可为油菜抗性育种提供重要的理论基础。本研究从油菜抗旱和抗折两个方面依次展开,首先对干旱胁迫下油菜表型性状进行调查,了解干旱胁迫对油菜营养生长和生殖生长的影响,分析各性状在响应干旱胁迫时的相互关系,筛选油菜抗旱品种;其次,从转录水平解析油菜抗旱机理,鉴定抗旱重要基因;利用软茎突变体,解析油菜转录水平的抗折机制,具体研究结果如下:1.干旱胁迫对甘蓝型油菜农艺性状的影响本研究从500份种质资源材料中选取遗传差异较大的材料共121份,在旱棚中进行干旱处理,于初花期或成熟期调查油菜的生育期、生物学产量、叶绿色相对含量、株型相关性状和角果相关性状,并对抗倒伏相关性状进行测定和统计分析,结果表明:干旱胁迫能够诱导花期的提前,并在一定程度上延长花期;并对多数农艺性状具有负面影响,植株生长迟缓,且这种影响对营养体生长茂盛、生物产量大的品系更明显（变异度较低）;同时,油菜茎秆的抗折强度和木质素含量显著增加;相关性分析表明:成熟期植株高度差值与主序有效长度差值和有效分枝高差值极显著正相关;主序有效长度差值与一级分枝数差值极显著负相关;主序角果数差值与角果长度差值显著负相关;植株干重差值与抗折力差值极显著正相关,与茎秆直径差值呈显著相关,茎秆直径差值与抗折力差值无显著相关性;木质素含量与干重、直径和抗折力间不存在显著相关性;茎秆抗折强度与木质素含量在干旱胁迫下显著相关,自然条件下不相关,表明干旱诱导下,木质素与油菜抗折相关。说明在油菜生育期中,适度控水有利于提高油菜抗折能力。2.甘蓝型油菜干旱胁迫诱导下的差异基因表达分析本研究通过对干旱胁迫下油菜农艺性状的调查,在较耐旱的材料中筛选出高木质素含量和低木质素含量的材料各5个,分析干旱胁迫下,高低木质素材料在基因表达上的异同。结果表明:与干旱胁迫相关的基因high/high CK（High）和low/low CK（Low）分别有533个和1,516个,High中328个基因上调,205个下调,Low中262个基因上调,1254个基因下调,推测木质素含量高的材料抵御干旱胁迫的能力更强,受引导的基因少,而木质素含量低的材料,为了抵御干旱胁迫,需要动员更多的基因上调或下调表达;DEGs经过GO富集分析,上调DEGs主要位于质膜和液泡并主要参与应激反应相关过程,下调DEGs主要位于细胞壁及胞外区域并主要参与细胞发育、生殖、细胞组分的衍生、定位和转移等过程;High和Low中相同的上调基因主要参与节律过程、转运过程和生物学调控,其中,昼夜节律（GO:0007623）、昼夜节律过程（GO:0048511）、长日照光周期（GO:0048571,GO:0048574）,以及生长素代谢过程调节（GO:0090354）、生长素生物合成过程的调控（GO:0010600）和激素代谢过程的调节（GO:0032350）仅在High中上调,Low中特异的上调基因主要涉及发育过程、次生代谢过程、细胞代谢过程以及小分子代谢过程,表明干旱胁迫应答与昼夜节律和物质转运相关,而木质素积累程度影响昼夜节律、植物激素代谢等;High和Low的差异基因数量存在较大差异,Low中上调的GOs近3倍于High中上调GOs,而下调基因则多达10倍。KEGG富集分析显示,High和Low中相同的DEGs在植物时间节律（ath04712）中上调表达,与GO分析结果一致,High和Low特异的代谢途径主要集中在氨基酸和碳水化合物代谢以及脂类代谢途径上。3.甘蓝型油菜咖啡酰-O-甲基转移酶基因的克隆和进化关系研究通过高通量转录组测序发现,干旱胁迫下,木质素合成途径中COMT基因家族的几个成员存在表达差异。本研究通过对4个十字花科植物（拟南芥、白菜、甘蓝、甘蓝型油菜）COMT基因的鉴定和进化分析,查找木质素合成重要家族成员,并分析这些成员的组织和时空表达特异性,结果如下:以TAIR数据库中注释的AtOMT1基因和13个COMT-like基因为依据,分别在甘蓝型油菜基因组数据库、白菜和甘蓝基因组数据库中进行CDS序列比对,确定候选的甘蓝型油菜COMT基因的CDS序列42个、白菜22个、甘蓝20个,最终确定12个与拟南OMT1（AT5G54160）基因同源的BnCOMT1基因,并克隆其中5个BnCOMT1基因的ORF序列及相应的基因组序列用以验证数据库信息的准确性;BnCOMT1家族全长基因的DNA多为4个外显子和3个内含子,内含子I变异最大,内含子II和III相对保守;BnCOMT1蛋白为酸性蛋白,有21-37个潜在的磷酸化位点,除BnCOMT1-1外,蛋白各含有1个Winged helix-turn-helix DNA-binding（IPR011991）结构域、1个Plant methyltransferase dimerisation（IPR012967）结构域和1个S-adenosyl-L-methionine-dependent methyltransferase（IPR029063）结构域;系统进化分析表明,十字花科COMT在进化中发生歧化,聚类为5个主要的群组,根据已有的AtOMT基因的功能注释推测,C、D和E组的COMT主要参与木质素的生物合成途径,A组主要参与芥子油苷的代谢途径;不同物种COMT methyltransferase₂结构域与基因的进化顺序不同,表明了结构域区域与基因整体进化存在不对等;E组和D组被认为是类黄酮-O-甲基转移酶和O-二酚-O-甲基转移酶类蛋白,分别参与木质素单体和苯基丙烷的生物合成;此外,BnCOMT1中主要成员间的蛋白一致性和相似性结果与其进化关系大致相同,进化关系相近的基因间其蛋白的一致性也相对较高;BnCOMT1基因家族的内含子I极度保守,在进化上与其亲本物种白菜和甘蓝依然保持较高的一致性;BnCOMT1在检测的器官中均有表达,其中BnCOMT1-4、BnCOMT1-8、BnCOMT1-5和BnCOMT1-10在茎中的表达量最高,其表达量均达到其他器官中表达量的3倍,根中BnCOMT1-4、BnCOMT1-8、BnCOMT1-5和BnCOMT1-10的表达量仅略高于其它器官,表明BnCOMT1-4、BnCOMT1-8、BnCOMT1-5和BnCOMT1-10的表达不是组成型,并与植物的木质化相关,BnCOMT1-2在根中的表达也相对较高,仅低于15D的种子。BnCOMT1-4、BnCOMT1-8、BnCOMT1-5、BnCOMT1-10和BnCOMT1-2等在进化上相近的基因成员表现出相似的组织表达特异性。BnCOMT1-3、BnCOMT1-9和BnaCOMT1-6在叶中具有较高的表达量,而BnCOMT1-11和BnCOMT1-12分别在花器官和45D种子中具有较高表达量。BnCOMT1-3、BnCOMT1-9和BnCOMT1-6在30D种子中几乎无表达,但又在45D种子中继续表达;茎秆特异表达的BnCOMT1基因（BnCOMT1-4、BnCOMT1-5、BnCOMT1-8和BnCOMT1-10）在自然条件下,转录本丰度在整体上与总木质素的积累呈正比,即高木质素材料的基因表达量也相对较高,BnCOMT1在各个生长发育阶段均有表达,自然条件下表达峰值出现于初花期,而干旱条件下,峰值延迟至终花期。4.甘蓝型油菜软茎相关差异表达基因分析本研究经多年的田间观察,筛选出茎秆机械强度较弱、蕾苔至初花期易弯曲的油菜品种,称为“软茎品种”,并利用高通量的RNA-Seq技术对软茎品种和常规品种进行转录组测序分析,从转录水平解析茎秆强度相关的基因及其相关的生物学过程和分子功能。结果表明:RNA-seq高通量测序获得茎秆正常材料（N）和软茎材料（S）表达量的FPKM,查找FPKM表达值相差至少2倍的差异基因（|log2（S/N）|≥1,FDR<0.01）,与软茎相关的差异表达基因共1251个,其中上调基因590个,下调基因661个,共158个基因表达量差异达到16倍以上,其中上调基因87个,下调基因71个,表达量差异在64倍以上的基因共10个,其中上调基因4个,下调基因6个;DEGs的GO功能注释表明,细胞组分方面绝大多数基因表现为上调,且分布于各细胞组分中,主要位置位于胞外区域（GO:0005576）和叶绿体（GO:0044434）,而下调基因的位置仅在胞外区域（GO:0044421,GO:0005615）。在分子功能方面,差异基因主要与催化活性（GO:0003824）相关,在生物过程方面,茎秆强度相关基因主要参与应激反应（GO:0050896）、细胞过程（GO:0009987）和代谢过程（GO:0008152）,此外,在内源性刺激应答（GO:0009719）、信号转导（GO:0023052）、免疫应答（GO:0006955）、定位（GO:0051234）、应激反应调控（GO:0048583）和免疫系统过程调控（GO:0002682）等方面的基因只有下调表达;通过对DEGs的GO富集统计分析可知,应激反应相关的DEGs最为活跃,其中上调的DEGs为185个,下调的为213个,其主要参与的应激反应包括响应胁迫（GO:0006950）、响应非生物刺激（GO:0009628）和响应化学物质（GO:0042221）;上调的KEGG代谢途径主要为2-氧代羧酸代谢（ath01210）、苯丙氨酸代谢（ath00360）、硫代葡萄糖苷生物合成（ath00966）、缬氨酸/亮氨酸/异亮氨酸的生物合成（ath00290）和硫代谢（ath00920）等,而下调的途径主要包括植物激素信号转导（ath04075）、植物与病原菌互作（ath04626）、类苯基丙烷的生物合成（ath00940）、α亚麻酸的代谢（ath00592）和亚油酸代谢（ath00591）。本研究结果为进一步挖掘油菜茎秆抗折（快速木质化）基因奠定了较好的基础。