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低温冷害是油菜生产的主要影响因素之一,导致秋、冬季油菜苗期生长迟缓,产量和品质下降。尤其是我国长江流域油菜主产区,因茬口矛盾、气候影响常导致油菜播期推迟,秋季冷害和冬季冻害导致油菜苗期缓慢,生长量不足并容易遭受低温冻害,最终造成油菜产量难以提高,提高油菜耐冷性已经成为双季稻区早熟油菜、粳稻产区迟播油菜遗传改良关键的制约瓶颈。与油菜低温冻害不同,油菜耐冷性相关的研究相对较少,其分子机理研究较为匮乏,相关基因的挖掘相对较少,缺少关键的分子标记。本研究对123份甘蓝型油菜种质资源进行大田迟播,模拟油菜生产中遭遇的低温冷害胁迫,测定油菜苗期的低温生物量和低温光合气体交换参数,结合前期已公布的256,397个单核苷酸多态性（Single nucleotide polymorphisms,SNP）标记以及53,889个基因表达标记（Gene expression markers,GEM）进行转录组关联分析,挖掘与油菜低温生物量和低温光合气体交换参数相关联的遗传位点或基因,并开展功能验证,主要研究结果如下:（1）对123份甘蓝型油菜种质资源进行低温生物量相关性状（植株鲜重、地下鲜重和地上鲜重指标）和低温光合气体交换参数相关性状（净光合速率、气孔导度、细胞间CO2浓度、蒸腾速率）测定,结果发现低温条件下植株鲜重、地上叶鲜重和地下根鲜重变异范围分别在38.00-203.93 g、34.30-187.83 g和3.63-16.10 g之间,低温条件下净光合速率、胞间CO2浓度、蒸腾速率和气孔导度变异范围分别为12.87-23.66μmol CO2 m-2s-1,245.21-383.28μmol CO2 mol-1,0.96-3.75 mmol H2O m-2s-1和0.16-2.53 mol H2O m-2s-1之间,表明低温生物量和低温光合气体交换参数相关性状在油菜种质资源群体中具有丰富变异,并筛选到BRAUNER SCHNITTKOHL、GRüNER SCHNITTKOHL和Zachodni 3份低温生物量和低温光合效率均较高的甘蓝型油菜种质资源,为耐迟播油菜的品种选育提供资源。（2）利用前期转录组测序开发的SNPs标记以及GEMs,对迟播后油菜幼苗低温生物量相关性状和低温光合气体交换参数相关性状进行转录组关联分析。阈值设定为P<3.90×10-6(-log10P=5.40)时,检测出与低温光合气体交换参数相关性状显著关联的SNPs标记201个,分别来源于148个编码序列（Coding sequence,CDS）,其中有200个SNPs标记与低温条件下气孔导度性状相关,另外1个SNP标记与低温条件下蒸腾速率性状相关,没有检测出与低温生物量相关性状显著关联的SNP标记;阈值设定为P<1.86×10-5(-log10P=4.3)时,检测出显著关联的GEMs151个,其中6个GEMs与低温生物量相关性状显著关联,另外145个GEMs与低温气体交换参数相关性状显著关联。通过拟南芥同源基因功能注释的查询,对显著性SNPs标记和GEMs进一步筛选,最终确定28个候选基因,包含与低温生物量相关性状显著关联的6个基因和与低温光合气体交换参数相关性状显著关联的22个基因,涉及到植物光合作用、植物生长以及低温逆境应答过程。分别选取6份低温生物量高、低两类极端品种和6份低温光合效率高、低两类极端品种进行低温胁迫处理,利用qRT-PCR技术对这28个候选基因在油菜中同源基因进行表达水平分析,发现部分光合候选基因成员在低温光合效率高、低两类极端品种之间的表达水平存在不同程度的差异。在有或无低温胁迫条件下,Cab026133.1在3个光合效率高的品种中的表达水平较高,另外,Cab011968.1、Cab022014.2和Cab007526.2在光合效率高的品种中表达水平也较高,而Bo5g017460.1和Cab008128.1在光合效率高的品种中表达水平反而较低,表明这些基因可能参与了油菜低温胁迫反应。（3）GEM标记（Cab026133.1）与低温条件下蒸腾速率性状显著关联,P值为6.33×10-9,在油菜中同源基因BnTR1编码一种托品酮还原酶（Tropinone reductase,TR）,参与托品烷生物碱代谢途径。对BnTR1基因在油菜品种“中双11”中进行组织模式表达分析,发现BnTR1基因在油菜营养和生殖阶段大多数器官和组织中均有表达。将BnTR1基因在拟南芥超量表达,结果表明BnTR1基因能够提高拟南芥转基因植株的蒸腾速率和净光合速率,在低温胁迫（-4℃持续4 h）条件下,能显著增强拟南芥转基因植株的耐冻性。对拟南芥转基因植株在低温胁迫前后生理生化变化及BnTR1调控分子机理进行研究,与野生型植株相比,BnTR1基因能增加拟南芥转基因植株可溶性物质如脯氨酸、可溶性蛋白等含量,显著降低活性氧积累,提高活性氧清除相关酶活性。此外,在低温胁迫后,BnTR1基因促进了与植物低温应答过程相关基因CBFs及其下游基因COR15、RD29A的表达,同时与光合相关基因RCA、SBPase、CAB1-4也被诱导表达。在低温胁迫前后,BnTR1拟南芥转基因植株中总生物碱含量显著高于野生型植株,更重要的是,施用外源生物碱阿托品（10 nmol/株）可以显著减轻拟南芥植株冻害,另外施用外源阿托品（50 nmol或150 nmol/株）能部分缓解油菜幼苗冻伤。以上结果表明,BnTR1基因在植株光合与低温逆境应答方面发挥重要作用,为油菜耐冷性遗传改良提供基因资源。此外,本研究通过转录组关联分析方法挖掘到了耐冷性基因BnTR1,并通过遗传实验证实了BnTR1基因在植物耐冷性中的作用机制,表明转录组关联分析是挖掘油菜耐冷相关基因的有效策略。