油菜(rapeseed)是世界广泛种植的油料作物,是世界三大植物油来源之一。其菜籽油不仅可以作为食用油,也是重要的工业原料。种子是油菜最重要的收获器官,其发育程度的好坏直接影响着最终的品质和产量。另外,种子包裹在角果皮中,其生长发育所需的能量物质大部分来自于角果皮,角果皮对种子的发育亦起着关键的作用。关于种子发育相关基因的研究,在模式植物拟南芥中有较多报道。虽然油菜和拟南芥基因组同源性较高,但由于油菜基因组的高度重复与基因组重排,很难将其与拟南芥的基因进行一一对应。同时,相对于拟南芥,油菜种子发育的调控过程更为复杂,并且目前关于油菜种子发育相关基因的鉴定和研究报道也较少。另外,角果皮作为种子能量物质的直接供给者和转运媒介,其对种子发育调控及影响的研究亦较少。针对这些问题,本研究主要开展了两方面的工作:1)以开花后21-22天的油菜角果的角果皮和种子为材料,利用油菜95k芯片分析这两个器官中的基因表达差异,为诠释油菜角果皮和种子间的协同互作与分工关系奠定基础;2)根据油菜角果皮和种子的芯片数据分析结果,挑选若干可能对种子的发育有重要影响的基因进行进一步的分析,为利用基因工程的手段改良油菜的产量与品质提供重要基因资源。主要的研究结果如下:1.在油菜角果皮和种子的芯片中一共检测到17,459个基因表达。根据基因在角果皮和种子中的相对表达倍数,其中3,278个为角果皮上调表达基因(≥2),2,425个为种子上调表达基因(≤0.5),9,377个基因在角果皮和种子中没有表达差异。由此可见,更多基因倾向于在角果皮中表达,表明角果皮在角果发育过程中的重要性。2.使用Map Man软件分析发现:(1)参与光合路径的基因以及参与物质能量转运的基因主要在角果皮中上调表达;而与脂类合成相关的基因主要在种子中上调表达。这与角果皮和种子在角果发育过程中充当的“源”和“库”的角色相一致;(2)与次级代谢有关的基因在角果皮和种子中均较活跃,但却呈现不同的分布。与类黄酮合成相关的基因主要在种子中表达,而与萜类以及苯丙素类化合物合成相关的基因主要富集于角果皮中;(3)大量的转录因子在角果皮和种子中是差异调控的,表明角果皮和种子在转录水平上调控差异的复杂性。3.根据芯片的分析结果,我们挑选了6个基因进行了克隆,分别构建了过表达载体和反义载体,转化了拟南芥和油菜并得到了转基因阳性植株。对过表达转基因植株进行表达水平的检测,结果显示所有过表达载体均能正常工作,并且各个转基因系都得到了目的基因高表达的株系。4.基因的功能初步鉴定结果显示:(1)F28K异位超表达影响了油菜叶片的发育,但并没有对拟南芥的生长发育造成影响。其引起的油菜叶片发育缺陷可能与细胞分裂受到影响有关;(2)F11K3过表达拟南芥植株在萌发期对Na Cl处理比野生型反应更迅速,其突变体较野生型反应更迟钝,而他们在不同浓度Na Cl处理条件下的发芽率并没有显著变化。表明F11K3可能影响了Na+进入细胞的速度;(3)F46过表达油菜植株在0.3m M的硝酸盐生长条件下,与野生型生长无差异;在3m M硝酸盐的生长条件下,其干重显著高于野生型,表明F46可能为低亲和的氮转运子,并且能提高油菜对氮素的利用率。