磷是植物生长发育所必需的养分之一。植酸是磷在植物种子中的主要存储形式。尽管植酸对植物种子萌发和发育比较重要,但由于它不能被单胃动物有效利用,因此植酸对单胃动物来说是一种抗营养因子(对营养物质的消化、吸收和利用产生不利影响的物质)。此外,大量排泄的植酸会导致环境污染。油菜是我国第一大油料作物,Aeromonas hydrophila infection种子中的植酸浓度很高。为了降低植酸的负面影响,培育低植酸油菜十分重要。在植物体内,植酸经过不依赖脂类和依赖脂类两个途径生成。种子中植酸的合成以不依赖脂类途径为主。肌醇激酶(myo-inositol kinase,MIK)参与不依赖脂类途径的第一步磷酸化反应,它促进肌醇磷酸化为肌醇-3-磷酸。本研究以MIK基因为研究对象,鉴定出甘蓝型油菜中BnaMIKs的所有成员,分析了BnaMIKs的组织表达模式和蛋白定位,利用CRISPR-Cas9技术创制bnac09.mik和bnaa10.mik突变体,测定了BnaMIKs的突变对种子植酸合成和重要农艺性状的影响。此外,本研究还通过全转录组关联分析(Transcriptome-wide association study,TWAS)和候选基因的关联分析,筛选出3种低植酸单倍型,并鉴定到1个可能影响种子植酸合成的基因BnaA06g08470D,这将为甘蓝型油菜的低植酸育种提供基因和种质资源。主要研究结果如下:(1)甘蓝型油菜BnaMIKs的基因结构特征及其突变对种子植酸浓度的影响甘蓝型油菜中MIK基因有2个拷贝,分别是Bna C09.MIK和BnaA10.MIK。进化分析结果表明,Bna C09.MIK和BnaA10.MIK的氨基酸序列相似性高达96%,它们与拟南芥At MIK的氨基酸序列相似性都达到80%。在嗜热链球菌、拟南芥、水稻、玉米和油菜中,维持MIK激酶活性的3个氨基酸位点都十分保守。荧光定量PCR、转录组和GUS染色等试验的结果共同表明,种子中Bna C09.MIK和BnaA10.MIK的表达量在开花后15-30 d(15-30 Days After Flowering,15-30 DAF)逐渐升高,30-40 DAF逐渐降低,这与植酸合成的趋势是一致的。在相同时间点,Bna C09.MIK的表达量总是略高于BnaA10.MIK。亚细胞定位的结果显示,Bna C09.MIK和BnaA10.MIK都定位在细胞质。Bna C09.MIK和BnaA10.MIK的突变都导致种子中的植酸浓度显著降低15%左右,但不影响种子的总磷浓度、种子直径大小和千粒重。(2)甘蓝型油菜种子植酸浓度的全转录组关联分析基于油菜自然群体中开花后20天(20 DAF)的309份种子样品和开花后40天(40 DAF)的274份种子样品的转录组测序结果,进行全转录组关联分析(TWAS)。在20 DAF种子的转录组数据中鉴定到181个与植酸浓度显著关联的基因,在40 DAF种子的转录组数据中鉴定到9个与植酸浓度显著关联的基因。GO富集分析显示这些基因主要参与光合作用、葡萄糖-6-磷酸代谢、脂质生物合成等过程。TWAS结果显示有3个基因在20 DAF和40 DAF种子中被共同鉴定到,分别是BnaA06g08470D、BnaA06g09130D和BnaA09g40530D。候选基因的关联分析结果显示,这3个基因分别含有6、7和3个与种子植酸浓度显著关联的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)位点。其中,BPLX3397naA06g08470D基因的6个SNP共分成2种单倍型,Hap1(CACCGA)和Hap2(TTTGAG);BnaA06g09130D基因的7个SNP共分成2种单倍型,Hap1(CCTTGAG)和Hap2(TTCCCGA);BnaA09g40530D基因的3个SNP共分成2种单倍型,Hap确认细节1(CAA)和Hap2(GGT)。这3个基因的Hap2单倍型都属于低植酸单倍型。田间试验结果表明,含有3种低植酸单倍型的油菜品种与含有3种高植酸单倍型的油菜品种在株高、分枝数和千粒重方面没有显著差异。此外,拟南芥中BnaA06g08470D的同源基因AtRPF5的突变,导致种子中植酸浓度与野生型相比显著降低20%,总磷浓度也显著降低,但不影响植株的长势。在atrpf5突变体中,植酸合成通路相关基因At MIPS1、At MIK、At ITPK4、At IPK1和At MRP5的表达量显著降低,表明AtRPF5能够正调控种子中植酸的合成。因此,我们推测BnaA06g08470D也能够正调控油菜种子中植酸的合成。综上所述,本研究从甘蓝型油菜中鉴定到2个参与植酸合成的MIK基因Bna C09.MIK和BnaA10.MIK,它们的突变使种子中的植酸浓度显著降低15%,但是突变体种子的直径大小和千粒重没有受到显著的影响。此外,本研究通过TWAS和候选基因的关联分析,在甘蓝型油菜自然群体中鉴定到3种低植酸单倍型和1个可能影响种子植酸合成的基因BnaA06g08470D。这些结果为甘蓝型油菜的低植酸育种提供了优异种质和基因资源。