芜菁(Brassica campestris L.ssp.rapifera Matag syn.Bselleck Y-27632.rapa L.)是十字花科芸薹属芸薹种蔬菜作物,具有膨大的肉质直根,富含营养物质,在世界各地均有栽培。芜菁的肉质直根属于萝卜根型,主要由其下胚轴膨大发育而成,研究其下胚轴膨大发育的调控机制,可为萝卜根型肉质直根形成的分子生物学基础与遗传育种和生产栽培提供理论依据,有助于增进对贮藏器官形成的调控机制的理解。虽然已有不少研究表明,生长素在贮藏器官发育中发挥重要调控作用,但其在芜菁下胚轴膨大中的作用研究依然较少,芜菁下胚轴膨大发育的调控机制仍未明晰。本研究以芜菁‘温州盘菜’(WZPC)为主要材料,首先通过内源生长素相关物质含量测定、生长素类似物及其抑制剂Analytical Equipment外源处理更加全面地探究了生长素对芜菁下胚轴膨大的作用特点;利用基于NGS(next generation sequencing)的空间转录组技术分析了生长素相关基因在破肚期芜菁下胚轴不同部位的空间表达模式,再通过生物信息学方法对芜菁生长素外流载体蛋白PIN(pin-formed)家族的结构功能、系统发育等进行了分析,并尝试构建Bc PIN3/4/7c表达抑制芜菁转基因植株以验证PIN蛋白在芜菁下胚轴膨大中的功能;同时,通过QTL(quantitative trait locus)定位的方法挖掘了调控芜菁下胚轴膨大的基因位点,取得的主要结果与结论如下:(1)不同发育时期芜菁下胚轴中的生长素相关物质含量测定结果显示,IAA(idole acetic acid)及大多数其他生长素相关物质含量的变化紧密伴随着下胚轴从初生状态向膨大的转变,IAA向氨基酸结合物、甲酯形式、氧化形式转变的代谢途径可能在调节生长素水平以达到效应浓度范围中发挥作用。(2)下胚轴发育不同时期生长素类似物萘乙酸外源处理结果显示,外源生长素对芜菁下胚轴膨大的促进作用同时发生在下胚轴的横向和纵向生长上,且对下胚轴横向生长的促进作用具有发育阶段特异性,破肚前施加生长素没有促进作用;这种促进作用主要通过细胞增殖实现,其中次生木质部扩张的加剧为促进下胚轴横向生长做出了主要贡献。3种生长素抑制剂外源处理结果显示,下胚轴只对生长素极性运输抑制剂三碘苯甲酸外源处理有所响应,膨大受到显著抑制,这表明生长素对芜菁下胚轴膨大的调控作用可能主要C59纯度通过其极性运输来调节。(3)破肚期芜菁下胚轴空间转录组分析结果显示,生长素生物合成、代谢、运输和信号转导相关基因在破肚期芜菁下胚轴中的表达整体上没有在某一区域出现明显集中,但都呈现出表达的空间差异性,预示不同区域间生长素合成来源、代谢去向、转运载体、信号组分可能存在差异,从而可能使生长素在下胚轴不同部位发挥不同的调控作用。其中,编码生长素外流载体蛋白PIN的Bra A07g030790.3.5C在木质部中有更高表达,编码生长素内流载体蛋白AUX1(auxin resistant 1)的3个基因在韧皮部中表达都较低,更多编码生长素转运蛋白的基因在形成层中出现较高表达。(4)芜菁PIN基因家族分析结果表明,芜菁中共有13个家族成员,数量多于拟南芥(Arabidopsis thaliana)和甜菜(Beta vulgaris),但略少于萝卜(Raphanus sativus)、胡萝卜(Daucus carota)和水稻(Oryza sativa);不同物种间同种类PIN基因数量存在差异,芜菁和萝卜PIN3/4/7s数量比甜菜和胡萝卜多;芜菁PIN家族与拟南芥、萝卜PIN家族进化关系较近,与水稻PIN家族关系较远,分布在4条染色体上,包括7个共线性基因对;Bc PINs启动子含有多种顺式作用元件,受多种信号调控,不同Bc PINs启动子的顺式作用元件种类存在差异;Bc PINs的氨基酸个数在270～661之间,分子量在29.81～70.92 k D之间,大多为碱性疏水蛋白,均含有7～10个跨膜结构域,包含4～10个保守基,定位在膜上;7个Bc PIN在芜菁下胚轴发育过程中的时间表达模式与在普通白菜(Brassica campestris L.ssp.chinensis Makino syn.B.rapa ssp.chinensis)中存在差异,4个同时被检测到在破肚期芜菁下胚轴中存在空间表达模式差异,其中Bc PIN3/4/7c在木质部区域表达较高,很可能作为生长素极性运输的介导者在芜菁下胚轴膨大过程中承担重要功能。尝试利用转基因技术对Bc PIN3/4/7c的功能进行验证,获得其ami RNA表达抑制载体并通过真空浸花法导入芜菁,收获了T_1代种子但尚未鉴定获得阳性植株。(5)以WZPC和下胚轴不膨大的普通白菜‘苏州青’为亲本,构建获得F_2分离群体。性状指标的统计分析结果表明,芜菁下胚轴膨大是数量性状,F_2群体下胚轴宽度与下胚轴长度、叶耳对数分别存在显著和极显著正相关关系。利用BSA-Seq(bulked segregant analysis-sequencing)技术初步定位到6个芜菁下胚轴膨大性状QTL,均位于10号染色体,区间总长度0.95 Mb,共包含219个基因。进一步利用KASP(kompetitive allele-specific PCR)基因分型技术将长度为0.56 Mb的3号区间和长度为0.30 Mb的5号区间缩小至70.80 kb和29.63 kb。在初定位区间和最终定位区间中均发现有生长素相关基因,如Bra A10g047250E(GH3.15)等。此外,还发现了Bra A10g047250E(SCD2)等也可能参与下胚轴膨大调控。