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多倍体物种的形成与进化是被子植物遗传多样性的重要来源。由于芸薹属三个二倍体种（白菜型油菜,基因组AA;甘蓝,CC;黑芥,BB）之间的成对杂交进化产生了三个异源四倍体种（甘蓝型油菜,AACC;芥菜型油菜,AABB;埃塞俄比亚芥,BBCC）,故通过这六个栽培种之间的多种杂交组合可人工合成自然界没有的异源六倍体（AABBCC）、同源异源多倍体,以创建新的种质资源、甚至培育新的芸苔属作物。本研究通过三个芸苔属异源四倍体种与各自的二倍体祖先种杂交及染色体加倍,创建同源异源六倍体,并利用荧光原位杂交技术（FISH）分析了减数分裂行为;随后,利用六倍体与对应的四倍体回交获得五倍体,连续自交后筛选获得系列稳定的甘蓝型油菜和埃塞俄比亚芥新类型;另外,通过小孢子培养,获得雌不育的甘蓝型油菜-诸葛菜附加系新材料,并进行表型及基因表达分析,以深入研究雌不育的分子机制。主要结果如下:1.芸苔属同源异源六倍体的合成及细胞学分析以天然的异源四倍体种埃塞俄比亚芥（Brassica carinata,BcBcCcCc,基因组右上角的字母表示来源的物种）、甘蓝型油菜（B.napus,AnAnCnCn）与二倍体种甘蓝（B.oleracea,CoCo）及黑芥（B.nigra,BiBi）杂交及染色体加倍后获得三个同源异源六倍体:BiBiBcBcCcCc、BcBcCcCcCoCo及AnAnCnCnCoCo。利用从甘蓝型油菜（中双11）中剥离获得的白菜型油菜（B.rapa,AnAn）与中双11及芥菜型油菜（B.juncea,AjAjBjBj）杂交后获得了特殊类型的两个同源异源六倍体AnAnAnAnCnCn及AnAnAjAjBjBj。FISH分析发现,所有观察的这些同源异源六倍体的花粉母细胞均表现非二倍化的减数分裂行为,染色体配对频率及分离方式在六倍体间存在差异。各个六倍体中四体染色体主要配对形成二价体,而四价体的数量较低（平均数低于2个）,呈现C（AnAnCnCnCoCo,BcBcCcCcCoCo）＞A（AnAnAjAjBjBj,AnAnAnAnCnCn）＞B（BcBcBnBnCcCc）的梯度关系;二体染色体在绝大多数情况下形成二价体。在AnAnAnAnCnCn和AnAnCnCnCoCo中A与C亚基因组间存在部分同源染色体配对,导致单价体的产生,而在AnAnAjAjBjBj、BiBiBcBcCcCc和BcBcCcCcCoCo中二体染色体（Bj,Cc与Bc）以相对正常的二价体方式配对,这表明与A-B或B-C相比,A-C亚基因组更频繁地相互配对。相应的是,在减数分裂后期I,BiBiBcBcCcCc、BcBcCcCcCoCo和AnAnAjAjBjBj中的二体染色体呈均等分离的花粉母细胞比例分别为95.58%、96.66%和95.45%,显著高于AnAnAnAnCnCn（60.34%）和AnAnCnCnCoCo（85.71%）。同样,不同六倍体中四体染色体的均等分离的花粉母细胞比例也有也较大差别,AnAnAnAnCnCn与AnAnAjAjBjBj中分别为46.55%和70.45%,AnAnCnCnCoCo与BcBcCcCcCoCo中分别为68.57%和33.33%,BiBiBcBcCcCc中为58.41%。六倍体的减数分裂行为与花粉育性相关。2.同源异源五倍体的合成及新型埃塞俄比亚芥和新型甘蓝型油菜的创建以六倍体（BiBiBcBcCcCc）作为母本与亲本埃塞俄比亚芥杂交得到五倍体（BiBcBcCcCc）。该五倍体连续自交6代后获得新型埃塞俄比亚芥（2n=34）。这些株系在株高、角果长、每角果粒数、千粒重、开花时间等性状上与亲本埃塞俄比亚芥和黑芥有显著不同。基因组重测序分析发现,新型埃塞俄比亚芥中有16.83%-29.12%的黑芥遗传组分渗入;遗传多样性分析发现新型埃塞俄比亚芥与常规埃塞俄比亚芥品系分别形成了独立的聚类分枝,新型埃塞俄比亚芥株系间也有着较丰富的遗传多样性。利用相同的方法,以六倍体（AnAnAnAnCnCn）为母本与中双11杂交,获得五倍体（AnAnAnCcCc）,连续自交5代（S5）后获得在表型上与中双11存在广泛差异的高世代株系。染色体数目调查表明,在S3代约有31.30%的株系单株具有38条染色体,并表现出育性高、结实性好等特点,且与中双11相比,这些株系植株也具有显著的表型变异,如分枝角度变小、角果变短、花期提前等。显然,这些甘蓝型油菜新类型产生的表型变异是在没有引入任何外源基因的情况下产生的,其遗传与表观遗传机制有待研究。3.雌不育的甘蓝型油菜-诸葛菜附加系的表型及转录组分析对单体附加系（MA,AACC+1IO）及其小孢子培养获得的二体附加系（DA,AACC+2 IO）、单倍体单体附加系（HMA,AC+1 IO）、双单倍体（DH,AACC）以及单倍体（H,AC）进行表型观察及幼嫩雌蕊的转录组分析。结果发现,MA的雌蕊在发育早期停止生长,开花后脱落,表现为完全的雌性不育;HMA和DA的雌蕊可以伸长达到正常油菜的长度,且在开花、授粉后还可以进一步伸长,但不能膨大结实。在HMA vs H、DA vs DH、MA vs DH、MA vs DA和MA vs HMA的比较中分别得到了2054,4717,8829,8010和6715个差异表达基因（DEGs）,其中47.2%（969/2054）,25.8%（1218/4717）、8.5%（746/8829）、5.7%（455/8010）和6.2%（413/6715）的基因分别来自诸葛菜染色体。GO富集分析发现,在DA vs DH、MA vs DA和MA vs DH中,涉及雌蕊发育相关的生物过程被显著富集,例如胚胎发育、胚后发育和果实成熟等。在DA vs DH与HMA vs H的共有差异基因中共鉴定出17个来源于甘蓝型油菜并与胚珠或雌配子发育相关的基因,其中4个基因（PIN1、NAC085、OVA6和COG7）和5个基因（4个INOs、MEE3）分别在附加系雌蕊中被特异性激活和沉默,可能是导致雌蕊发育异常及雌性败育的关键基因。此外,我们还发现雌蕊伸长与膨大可能主要受油菜素类酯（BR）生物合成和信号转导相关基因的表达调控。综述所述,本研究首先合成了5种类型的芸薹属同源异源六倍体,发现其减数分裂中四价体形成及部分同源染色体配对频率存在显著的不同;此外,获得了系列新型埃塞俄比亚芥及甘蓝型油菜,显示出广泛的基因组及表型多样性;最后,分析了外源诸葛菜染色体附加导致的甘蓝型油菜雌性不育的潜在机制,发现附加系基因表达及雌蕊发育同时受诸葛菜染色体数量及甘蓝型油菜基因组倍性的影响。该研究为芸苔属多倍体减数分裂中染色体的行为、基因组稳定性、远缘杂交中的雌性不育机制以及油菜的遗传育种提供了新理解和新种质。