油菜作为世界四大油料作物之一,也是我国主要的油料、饲料和能源作物,常年播种面积和总产量居世界首位。随着油菜产量和品质的提高,单株结实量不断增大,油菜倒伏已成为一个普遍性的问题。理想株型可提高光能利用率,发掘与利用甘蓝型油菜多样化的性状(基因),对培育高产、优质和高效的油菜品种是十分必要的。曲茎的特异株型性状在油菜育种中具有潜在的利用价值。同时甘蓝型油菜曲茎茎秆生长异常导致突变,分离其基因可对植物茎秆生长发育的遗传机制进行深入的了解。本研究利用甘蓝型油菜曲茎突变体stb1(stem bending1)与中双11(ZS11)杂交的F1和F2群体进行曲茎性状的遗传分析和QTL定位,结合油菜60K SNP芯片和基于全基因组重测序的QTL-Seq方法对该基因进行定位。对stb1突变体弯曲茎秆及ZS11正常茎秆进行转录组测序(RNA-seq),分析定位区间内的差异表达基因,并根据stb1和ZS11全基因组重测序结果获得在两个材料间存在非同义突变的差异表达基因作为候选基因。本研究的主要结果如下:1、本研究对GH06×ZY821高世代重组自交系中筛选的自然突变曲茎材料stb1与对照ZS11进行了表型比较。结果表明,茎秆发生弯曲的关键时期大约为初花期前10 d至初花后5d,即蕾薹末期至初花期。冷冻切片及电镜扫描均观察到初花期stb1茎秆木质部、导管数量、厚壁组织和薄壁细胞发达程度远低于对照ZS11;利用GC-MS测定stb1木质素单体发现,S/G木质素比例较ZS11显著降低;上述表型观察证实与对照ZS11相比,stb1的维管系统发育异常,木质素组分也有较大改变。蕾薹前期即茎秆弯曲表型出现前,对stb1突变体进行打顶及对茎尖生长点喷施生长素,处理后的新生主茎均恢复直立,且打顶处理的侧枝出现弯曲,提示stb1的表型可能与生长素的代谢或极性运输异常(polar auxin transport,PAT)有关。2、创建stb1与ZS11正反交F1群体,对群体植株表型调察结果表明,所有后代植株茎秆均与ZS11相同,未发生弯曲,推测stb1突变体由隐性基因控制。为分析其遗传规律,考察了F2群体273个单株的茎秆弯曲性状,结果发现曲茎后代弯曲程度存在差异,且不同材料弯曲起始高度不完全相同。F2群体中有215株茎秆表型正常,58株茎秆弯曲;卡方测验结果显示,卡方检测值χ2=2.05<χ2(0.05)=3.84,无显著差异,直茎与曲茎符合3:1的表型分离比例,表明stb1突变体的遗传规律符合孟德尔常染色体隐性单基因遗传。3、利用F2分离群体,根据表型选择30个曲茎和64个直茎的F2植株,将其与两个亲本材料一起提取DNA,利用甘蓝型油菜60K SNP芯片进行基因型鉴定。在检测的52157个SNP位点中,共有47139个SNP标记能够对90个以上的样品进行基因型分析,表明SNP芯片杂交检测成功,适合用于后续分析。对亲本材料ZS11和stb1突变体的差异基因型分析发现,共有16159个SNP标记在亲本间存在基因型差异,其中适合用于遗传连锁图谱构建、无明显偏分离的纯合差异SNP标记位点共11721个。结合94个F2植株的SNP基因型数据,采用Joinmap4.0构建了一张包含19个连锁群的遗传连锁图,包括1840个SNP位点,覆盖基因组长度为1821.72 cM,标记间平均遗传距离为0.99 cM。利用WinQTL Cartographer 2.5进行单标记SNP位点分析,最终将STB1基因定位于A01染色体Bn-A01-p2421445与Bn-A01-p3939508标记之间,定位区间遗传距离为1.802 cM。根据定位区间上所有SNP标记与法国公布的甘蓝型油菜基因组序列进行BLASTN比对,结果发现Bn-A01-p2421445与Bn-A01-p4230829在基因组上的距离为1.995 Mb。4、利用RNA-Seq对ZS11和stb1突变体茎秆的转录组进行了分析,结果共鉴定出3073个差异表达基因,其中在stb1中上调表达的基因1424个,下调表达基因1649个。利用BinGO对差异表达基因分别进行GO富集分析发现,stb1突变体下调基因主要集中在磷酸肌醇生物合成、长日照光周期、多元醇生物合成、生长素极性运输和紫外线响应等生物学功能,与PAT有关的基因共有29个。此外,与细胞分化和根分生组织形态有关的SAUR41、与茎秆节间伸长及维管束发育相关的ACL5和调节质外体pH值以影响生长素输出蛋白定位的AVP1等基因在stb1突变体中也显著下调。stb1突变体中与木质素生物合成相关的基因PAL1、PAL2、PAL4、C4H、4CL5和COMT1表达量均显著下调。在确定的定位区间Bn-A01-p2421445与Bn-A01-p4230829标记区间及200kb侧翼序列范围内,发现有5个下调表达基因与生长素合成、运输和信号转导有关,很可能为STB1基因的候选基因,其中APM1和CCD8参与PAT,ARF16和IAA11参与生长素的信号转导,PRHA受生长素正向调控,并与维管组织发育关系密切。5、基于stb1和ZS11的全基因组重测序数据,以公布的油菜基因组序列为参考序列,分析了在Bn-A01-p2421445与Bn-A01-p4230829定位区间的InDel(Insertion/Deletion)变异位点,及在参考基因组序列上的分布特点。根据序列比对结果,在QTL定位区间挑取唯一比对的InDel位点,利用Geneious 4.8.5设计27对引物,两亲本检测InDel多态性检测。结果表明,27对引物均能成功扩增,其中有8个可作为下一步精细定位的多态性标记。