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磷是植物生长发育所必需的大量矿质营养元素之一。油菜是重要的油料作物,油菜生长过程中需磷较多,对缺磷敏感。油菜磷高效性状是复杂的数量性状,以侧根长和根干重为主的根系特性对油菜磷的吸收,促进地上部生长起着重要的作用。本课题以实验室收集的405份来自全国各地的油菜自交系和品种构建的自然群体为材料,考察了营养液培养和无磷纸培养条件下低磷和正常磷处理这些品种根构型的差异,鉴定了不同磷水平磷高效相关的遗传变异;解析了磷高效品种宁油7号(NY7)和磷低效品种Tapidor(T)育种过程中根构型等性状调控基因的选择和传递。获得的主要结果如下:1甘蓝型油菜根构型响应低磷胁迫的遗传变异本研究利用甘蓝型油菜60K Infinium SNP芯片对405份甘蓝型油菜进行基因分型分析,最终获得19397个高质量的SNP标记用于群体GWAS分析。利用上述SNP标记对群体结构分析发现,该群体可以分为两个明显的亚群,其中亚群1包含66个品种,亚群2包含339个品种。利用该群体营养液培养低磷和正常磷处理共6个性状,无磷纸培养低磷处理共9个性状进行关联分析共检测到285个显著SNP与油菜根系形态构型性状相关。其中第一次营养液培养实验(HS I)共检测到41个和9个SNP标记分别与低磷和正常磷处理油菜根构型显著相关;第二次营养液培养实验(HS II)共检测到31个和58个SNP标记与低磷和正常磷处理油菜根构型性状显著相关;无磷纸纸培低磷处理(PC)共检测到165个SNP标记与油菜构型相关。这些SNP标记中有9个与甘蓝型油菜Bna TNDH群体定位的根系形态构型QTL共定位。对缺磷和正常磷处理甘蓝型油菜磷高效品种鄂油长荚的转录谱进行分析,发现A03染色体根构型显著关联位点和根构型QTL共定位区间有4个基因具有显著差异表达,分别为Bna A03g05800D,Bna A03g05820D,Bna A03g05830D和Bna A03g05850D。实时定量表达分析(RT-q PCR)结果表明磷高效和磷低效品种正常磷和缺磷条件下,这些基因的表达受缺磷诱导,同时普遍表现为在高低效品种中的两个磷处理表达与转录组一致。四个差异表达基因包含的8个相邻的SNP形成了一个单倍型Bn A3Hap。该单倍型可以解释缺磷处理9.2%的主根长,6%侧根数目、12.4%侧根长度、6.3%平均侧根长、13.8%总根长、14.5%根系干重和5.9%地上部干重等表型变异。低磷时,检测到的所有9个单倍型中具有单倍型Bn A3Hap 6(GAAAAAGG)的品种主根长、侧根数、总根长等均最长(大),而具有单倍型Bn A3Hap 2(AGCCGAGG)的品种上述性状均较短(小)。具有单倍型7(GAAAACTA)的品种检测到的根构型性状值介于上述两单倍型材料之间。Tajima‘s D检验表明油菜Bn A3Hap单倍型与世界耕地土壤磷肥含量密切相关。2油菜磷高效和低效品种育种过程中重要农艺性状遗传位点的选择和传递磷高效品种宁油7号是我国半冬性油菜品种,磷低效品种Tapidor是欧洲冬性油菜品种。利用甘蓝型油菜60K Infinium SNP芯片对宁油7号系谱5个品种(胜利油菜、成都矮油菜、川油2号、宁油1号和宁油7号)和Tapidor系谱5个品种(Liho、Bronowski、Regent、Bienvenu和Tapidor)等基因型进行分型,结合Tapidor和宁油7号衍生的Bna TNDH群体定位的根系形态构型、开花期、含油量等种子品质性状QTL进行分析,结果表明两个品种的系谱上述考察的性状共有42个候选基因在早期育种过程中存在遗传传递,其中包含Tapidor系谱中检测的15个候选基因和宁油7号系谱中检测到的27个候选基因。Tapidor系谱中有2个调控油菜开花和1个与种子芥酸含量相关的候选基因受到育种选择;宁油7号系谱受到育种选择的候选基因有5个与开花相关、2个与种子芥酸含量相关、3个与种子硫苷含量相关以及2个与根系形态相关。在后期育种过程中,Tapidor系谱仅检测到有2个基因受到育种选择,而宁油7号系谱中检测到的116个候选基因中有65个受到育种选择。宁油7号和Tapidor系谱基因组由亲本到子代的传递过程中形成了24个基因群,其中10个分布在A基因组,14个分布在C基因组;18个基因群由宁油7号系谱提供,2个基因群由Tapidor系谱提供,4个基因群由两个系谱共同提供;12个基因群包含控制两种及两种以上性状的候选基因,如开花期和低磷胁迫根构型(A06染色体上的6号基因群);开花期和种子含油量基因群(C02染色体上的14号基因群;C05染色体上的20号基因群);开花期、蛋白质含量和含油量(C08染色体上的22号基因群);花期、蛋白质含量和根构型(C09染色体上的24号基因群)。育种家可能通过有意识的或无意识的选择聚合这些有利基因,以适应特殊的生长环境。