芸薹属(Brassica)是十字花科(Cruciferae)植物中最为重要的一属,具有重要的经济价值。其中甘蓝型油菜由于具有高产、抗病、抗逆性、环境适应能力强等优点最受关注,种植面积最广,是优质食用植物油和饲料蛋白质的重要来源之一。但是,它的栽培历史比较短、遗传资源狭窄等问题限制了其优良品种的选育,因此研究者利用各种生物学途径拓宽甘蓝型油菜种质资源。根据芸薹属禹氏三角关系,通过白菜型油菜(B. rapa, AA,2n=20)和甘蓝(B. oleracea, CC,2n=18)杂交形成人工合成甘蓝型油菜是拓宽甘蓝型油菜遗传资源的最有效途径之一。为了分析人工合成甘蓝型油菜(异源四倍体)与其二倍体亲本的抗旱性差异,本实验用10%PEG-6000模拟干旱胁迫24 h进行干旱胁迫处理,观察其表型变化并测定叶片相对含水量、相对保水力、气孔开合度、丙二醛、可溶性蛋白等与植物耐旱能力相关的生理指标以及抗氧化酶活性的变化,研究亲本与合成种幼苗对干旱的生理响应。胁迫后父本甘蓝(CC)叶片依然鲜绿,与对照相比无明显变化,杂种F1与母本白菜(AA)叶边缘卷曲、叶片发黄并呈现萎蔫。相对保水力和相对含水量的测定和分析与表型观察结果相一致。用扫描电子显微镜对植株叶片气孔特征进行观察分析,正常条件下CC气孔密度和气孔开合度都最小,在受到干旱胁迫后,CC关闭的气孔比例最大,这可能与CC受到抗旱胁迫后失水较慢有关；另外F1的气孔密度和气孔面积小于AA,干旱胁迫后关闭气孔的比例多于AA。对丙二醛、可溶性蛋白以及抗氧化酶活性变化的分析也得到一致结果。综上,杂种F1与亲本耐旱能力依次为：甘蓝CC>杂种F1>白菜AA。植物在胁迫下的表型变异传统观点认为是DNA序列变异的结果,近年研究表明,表观遗传学如DNA甲基化也在胁迫条件下调控基因表达并改变表型；此外,DNA甲基化在植物多倍化过程中也具有重要作用。首先,利用HPLC对这3个材料进行全基因组DNA甲基化分析,结果显示三者的DNA甲基化率存在明显的差异：母本AA(3.24%)<杂种植株F1(4.06%)<父本CC(11.17%)。胁迫诱导甲基化水平增加,推测同源染色体组在形成多倍体的过程中发生了复杂的表观遗传修饰,以维持多倍体基因组的稳定性,并且甲基化水平可能与抗旱能力相关。其次,用MSAP法对CCGG位点的甲基化状态进行分析,发现杂种Fl大部分的条带是遗传自两亲本,占63.82%,只有少部分是在杂交后出现的,C基因组比A基因组更易发生甲基化变异。胁迫后二倍体亲本与杂种后代均发生大量甲基化变化(高甲基化和去甲基化),推测植株通过高甲基化和去甲基化共同维持体内甲基化平衡和调节基因表达,在胁迫过程中起着重要作用。在连续自交后代(F1-F4)中,甲基化水平逐渐上升,推测甲基化水平的增加与后代抗性逐渐增强有关；此外,大约40%的甲基化位点在传代的过程中没有发生变化,可遗传下来。通过对差异甲基化片段进行克隆测序比对发现,干旱胁迫应答过程涉及到广泛的生物学途径,包括细胞代谢、转录因子、核糖体结合蛋白等,甲基转移酶对维持甲基化必不可少。