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白菜类作物包括许多重要的蔬菜和油用作物,在我国具有悠久的栽培历史和广泛的种植面积。随着人们生活水平的提高,白菜类作物的的营养品质越来越受到重视。硫代葡萄糖甙(硫甙)作为白菜类作物一类重要的次级代谢产物,不仅对维持植物生长发育起到重要作用,而且还是白菜类作物特殊风味、保健功效的来源。特别是,4-甲基亚磺酰基丁基硫甙(GRA)的水解产物萝卜硫素能够抑制膀胱癌、肺癌、胃癌等多种癌症的产生。然而,在大多数白菜类作物中仅含有痕量或者检测不到GRA。因此,有必要了解白菜类作物中硫甙的遗传多样性及其生物学合成途径,为挖掘更多有益硫甙和关键性调控基因奠定了基础,同时为培育高有益硫甙的白菜材料提供了理论基础。本研究主要采用UPLC-QTOF-MS方法对白菜类作物的硫甙遗传多样性进行分析,并对不同类群白菜中硫甙含量的差异进行分析;进一步对检测到的硫甙进行了全基因组关联分析;最终,通过分子标记辅助育种的方法创制出了有益硫甙GRA含量大大提高的白菜材料。本论文主要内容包括以下三个方面:1.利用UPLC-QTOF-MS方法对99份不同类群白菜的硫甙进行分析,获得了 32种硫甙产物,其中包括24种脂肪族硫甙、4种吲哚族硫甙和4种芳香族硫甙。在这32种硫甙中,其中18种硫甙是在白菜类作物中新鉴定到的硫甙产物。我们对7个不同类群白菜中的7种主要硫甙(3-丁烯基硫NAP, 4-戊烯基硫甙GBN, N-甲氧基-3-吲哚甲基硫甙NEO,苯乙基硫甙GST, 4-甲基亚磺酰基丁基硫甙GRA,吲哚-3-甲基硫甙I3M和2-羟基-3-丁烯基硫甙PRO)进行比较分析,发现其中大白菜中含有较高的吲哚族硫甙NEO和有益硫甙I3M;而Yellow Sarson类型材料具有较高含量的脂肪族硫甙NAP和高有益硫甙GRA以及低含量的有害硫甙PRO。2.通过99份白菜类作物的测序数据与其鉴定的32种硫式进行全基因组关联分析,确定了Bra016433基因的一个InDel变异是导致白菜类作物40H-I3M硫甙和4MO-I3M硫甙含量差异的关键位点,并获得了 21个与其它硫甙相关的候选基因和候选位点。此外,我们在BrAOP2.2基因上检测到一个终止突变位点,此位点与有益硫甙GRA存在显著的相关性。3. AP2基因是调控有益硫甙GRA积累的关键基因。通过对不同类群白菜材料中硫甙含量的分析发现,仅仅在Yellow Sarson材料检测到较高含量的GRA。通过对Yellow Sarson材料的BrAOP2基因进行克隆测序,结果表明Yellow Sarson材料的BrAOP2.2和BrAOP2.3基因存在终止突变位点。进一步对其编码的蛋白进行体外活性分析,结果表明Yellow Sarson材料的BrAOP2.2和BrAOP2.3基因均丧失了催化活性。基于Yellow Sarson材料的BrAOP2.2和BrAOP2.3基因的变异类型,我们最终利用分子标记辅助育种的方法将功能丧失突变的BrAOP2.2和BrAOP2.3基因转移到L58 (菜心)中获得了高有益硫甙GRA的L58材料。