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油菜是我国重要的油料作物，是继大豆和棕榈后的世界第三大植物油的来源。提高种子含油量(Seed Oil Content, SOC)是油菜育种的重要目标之一，我国的甘蓝型冬油菜主要品种种子含油量在40%左右，比国外的优良品种低3-5个百分点。育种家手中已经收集到大量含油量超过50%，甚至达到60%的种质资源，因此，培育高含油量、适合推广种植的优良油菜品种有巨大的潜力。植物种子中的油脂合成和积累是一个复杂代谢调控网络，涉及多条代谢途径和数百个基因。但是，油菜的油脂生物合成机制仍然不清楚，这大大阻碍了油菜含油量的遗传改良。本研究通过多组学关联分析来解析甘蓝型油菜油脂生物合成的遗传和分子机制。通过构建油菜EMS突变体库筛选含油量和脂肪酸组成相关突变体，为研究油菜油脂合成和油菜育种提供材料。主要研究结果如下：
构建505份甘蓝型油菜自交系组成的自然群体，利用重测序技术获取自然群体的变异图谱，并采集自然群体多年多点的含油量表型数据，利用线性混合模型(Linear Mixed Model, LMM)对不同环境的表型进行全基因组关联分析(Genome-Wide Association Study, GWAS)。经统计，27个显著信号位点至少在两个重复中检测到(不同的年份、地点、亚群)。显著QTL(QuantitativeTraitLocus，数量性状位点)的效应检测表明只有极少数材料在这些位点上全为增效等位基因，大部分增效位点尚未在育种中得到很好的利用；不同亚群中增效等位基因频率不同，但基本上都是衍生基因型，意味着都是育种过程中选择而来。27个含油量QTL的受选择分析结果表明，在育种过程中，许多含油量相关位点都是人工选择的结果，但一些含油量增效QTL没有得到很好的利用。
对自然群体中309份开花后20天(20 Days After Flowering, 20 DAF)和274份开花后40天(40 Days After Flowering, 40 DAF)种子进行转录组测序，并进行含油量的全转录组关联分析(Transcriptome-Wide Association Study, TWAS)，关联分析分别检测到605和148个显著相关的基因。基因富集显示20DAF基因主要富集到逆境代谢，40DAF基因主要富集到类黄酮及次级代谢物的生物合成。转录组的独立成分分析(Independent Component Analysis, ICA)显示20DAF和40DAF中分别鉴定出146和141个独立模块，其中20DAF中鉴定到模块M65与含油量显著相关，该模块富集逆境和激素响应代谢途径。40DAF中鉴定到模块M79、M103和M139与含油量显著相关，其中M139模块富集逆境和类黄酮相关通路，M103模块富集细胞增殖以及植物器官发育。表达模块与含油量QTL相关性显示M65和M139与QTLqOC.A09.5显著相关联，M79与qOC.A05.3、qOC.C05.2和qOC.C05.3显著相关，结果表明，这些QTL可能通过控制多基因的表达从而最终影响油菜种子含油量。
基于在油菜中建立的关联分析候选基因筛选平台，对含油量相关候选基因打分排序。确定qOC.A05.3和qOC.C05.3候选基因为PMT6。基于拟南芥和油菜的突变体材料和转基因超表达材料，初步确定基因PMT6负调控含油量积累。
以中双11为亲本，构建了M2群体大小大约为100,000的EMS(EthylMethanesulfonate，甲磺酸乙酯)突变体库。评估EMS诱导的M2-M4单株的全基因组水平变异，结果显示在M2-M4中包括单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism, SNP)和插入/缺失(Insertion-Deletion, InDel)在内的平均变异分别为24,576、33,507和29,266，另外还预测了M2-M4中变异对基因功能影响。从98,113份M2株系的种子筛选出9,415份含油量与脂肪酸突变体，加代后进一步确认其中的686份突变体是稳定的。对M4世代的7份代表性的油酸升高突变体进行重测序，并分析FAD2和ROD1基因存在的变异，确定与油酸表型的关系。
本研究通过含油量显著差异的油菜资源的多组学关联分析，获得了27个调控含油量的QTL/基因，还通过构建大型甘蓝型油菜EMS突变体库筛选出686份种子含油量和脂肪酸突变体。这不但会促进甘蓝型油菜脂质代谢的功能基因组学，还为油菜含油量的遗传改良提供了新思路。
构建505份甘蓝型油菜自交系组成的自然群体，利用重测序技术获取自然群体的变异图谱，并采集自然群体多年多点的含油量表型数据，利用线性混合模型(Linear Mixed Model, LMM)对不同环境的表型进行全基因组关联分析(Genome-Wide Association Study, GWAS)。经统计，27个显著信号位点至少在两个重复中检测到(不同的年份、地点、亚群)。显著QTL(QuantitativeTraitLocus，数量性状位点)的效应检测表明只有极少数材料在这些位点上全为增效等位基因，大部分增效位点尚未在育种中得到很好的利用；不同亚群中增效等位基因频率不同，但基本上都是衍生基因型，意味着都是育种过程中选择而来。27个含油量QTL的受选择分析结果表明，在育种过程中，许多含油量相关位点都是人工选择的结果，但一些含油量增效QTL没有得到很好的利用。
对自然群体中309份开花后20天(20 Days After Flowering, 20 DAF)和274份开花后40天(40 Days After Flowering, 40 DAF)种子进行转录组测序，并进行含油量的全转录组关联分析(Transcriptome-Wide Association Study, TWAS)，关联分析分别检测到605和148个显著相关的基因。基因富集显示20DAF基因主要富集到逆境代谢，40DAF基因主要富集到类黄酮及次级代谢物的生物合成。转录组的独立成分分析(Independent Component Analysis, ICA)显示20DAF和40DAF中分别鉴定出146和141个独立模块，其中20DAF中鉴定到模块M65与含油量显著相关，该模块富集逆境和激素响应代谢途径。40DAF中鉴定到模块M79、M103和M139与含油量显著相关，其中M139模块富集逆境和类黄酮相关通路，M103模块富集细胞增殖以及植物器官发育。表达模块与含油量QTL相关性显示M65和M139与QTLqOC.A09.5显著相关联，M79与qOC.A05.3、qOC.C05.2和qOC.C05.3显著相关，结果表明，这些QTL可能通过控制多基因的表达从而最终影响油菜种子含油量。
基于在油菜中建立的关联分析候选基因筛选平台，对含油量相关候选基因打分排序。确定qOC.A05.3和qOC.C05.3候选基因为PMT6。基于拟南芥和油菜的突变体材料和转基因超表达材料，初步确定基因PMT6负调控含油量积累。
以中双11为亲本，构建了M2群体大小大约为100,000的EMS(EthylMethanesulfonate，甲磺酸乙酯)突变体库。评估EMS诱导的M2-M4单株的全基因组水平变异，结果显示在M2-M4中包括单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism, SNP)和插入/缺失(Insertion-Deletion, InDel)在内的平均变异分别为24,576、33,507和29,266，另外还预测了M2-M4中变异对基因功能影响。从98,113份M2株系的种子筛选出9,415份含油量与脂肪酸突变体，加代后进一步确认其中的686份突变体是稳定的。对M4世代的7份代表性的油酸升高突变体进行重测序，并分析FAD2和ROD1基因存在的变异，确定与油酸表型的关系。
本研究通过含油量显著差异的油菜资源的多组学关联分析，获得了27个调控含油量的QTL/基因，还通过构建大型甘蓝型油菜EMS突变体库筛选出686份种子含油量和脂肪酸突变体。这不但会促进甘蓝型油菜脂质代谢的功能基因组学，还为油菜含油量的遗传改良提供了新思路。