白菜类作物为十字花科(Cruciferae)芸薹属(Brassica),主要含有三个亚种,即大白莱(B.rapa ssp.pekinensis)、不结球白菜(B.rapa ssp.chinensis)和芜菁(B.rapa ssp.rapa)。大白菜基因组测序的完成,为白菜类作物基因组重测序研究提供了重要的参考基因组。目前关于白菜类作物的基因组学研究相对滞后于其它模式植物,尤其是对白菜类作物组学的后续研究尚未开展。因此对白菜类作物进行系统的组学研究,并开发组学后续的研究方法显得尤为重要。本研究对白菜类作物进行了重测序,分析了白菜类作物间的进化关系以及叶缘发育机制;结合重测序数据对14个重要农艺性状进行了全基因组关联分析,并获得了大量与性状相关的基因;对3份材料五个重要的生长发育时期进行表达谱测序,获得了与生长发育时期相关基因的表达数据;通过对1份材料不同温度处理的转录组测序,获得了与耐冷和耐热显著相关的基因;利用基因组信息,分析了大白菜几个重要的基因家族,并对其中的一些关键基因进行了表达验证。主要研究结果如下:1.通过对129份白菜类作物进行了基因组重测序,鉴定了大量的单核苷酸多态性(SNPs)、插入/缺失和结构变异。通过FST检测到20个与叶缘相关的候选基因,其中三个与数量性状位点重合并且与eQTL验证结果相吻合,包括BrCycD3、BrGRF2和BrAS1。此外,全基因组关联分析(GWAS)检测到17个与叶片发育相关的基因,其中有6个基因也与已知的QTL相重叠。通过这两种方法,检测到两个共有基因,即BrKAN3和BrAS1,它们均涉及叶形态分化。这两个基因不仅在FST区域含有大效应的变异,而且还包括通过GWAS鉴定出来的显著性SNP。2.利用96份不结球白菜基因组重测序获得的SNP,结合14个重要农艺性状的表型数据,进行了全基因组关联分析。共获得了729个显著关联的信号,鉴定到的位点表型变异解释率约为45%。其中16个位点与叶缘和叶绿素含量有关,并且对鉴定到的重要候选基因进行了实时定量验证,发现6个基因与叶缘和叶绿素相关联。此外,还构建了不结球白菜第一个高密度的单体型图谱,以辅助全基因组关联分析。因此,本研究是在不结球白菜上第一次全面系统的进行全基因组关联分析,并建立了高效的全基因组关联分析平台。为白菜和其它园艺作物的遗传育种研究提供了丰富的基因资源。3.鉴定了不结球白菜五个生长发育过程中的差异表达基因,通过这些基因表达量的变化来适应逆境,进而来研究植物适应逆境的机制。应用数字表达谱技术,在三份不结球白菜材料五个生长发育时期,发现上千个基因存在显著差异。通过比较分析和前人的研究报道,鉴定出了一些与晚抽薹、自交不亲和、耐冷和叶色相关的基因。并且利用qRT-PCR对两个与耐冷相关的基因进行了验证。为研究白菜类作物不同生长发育时期的基因表达提供了丰富的资源。4.利用转录组测序对不结球白菜耐冷、耐热性进行全面系统的分析。共获得136,189条unigene,N50长度达到1,705 bp,总长为153.1 Mb。分析表明,随着温度逐渐降低,只有少数基因表达量持续的下降或上升,而大多数基因的表达量没有发生显著的变化。共检测到14,329差异表达基因,它们至少在一种处理中存在显著差异。10个基因在所有处理中都显著差异表达,其中7个基因上调,3个下调。富集分析表明,共有25和33个基因分别在冷和热处理中得到显著富集。此外,还鉴定到了100,01个LncRNA,其中968,7个属于新的LncRNA,并且构建了LncRNA和蛋白质编码基因的共表达网络。这项研究系统全面的解析了不结球白菜的转录组,并为未来非生物胁迫下的白菜基因和基因组研究提供了宝贵资源。5.对大白菜几个主要的基因家族进行了系统深入的研究,包括Hsf、AP2/ERF、bHLH、GRAS、NAC、CO和SNARE等。本研究以Hsf为例,来说明如何利用生物信息学手段,对基因家族进行系统深入的分析。在白菜里共鉴定了35个BrHsf基因,通过与拟南芥和水稻的系统发育树进行比较,将它们分为三组。其中有33个BrHsf基因定位到染色体上,并进一步分配到白菜的三个亚基因组和八个祖先核型。白菜和拟南芥有22个直系同源基因对,并且BrHsf基因的扩增主要源于基因组的三倍化事件。对比分析表明,在研究的五个物种中,白菜含有最多的Hsf基因。基于白菜的转录组数据,对BrHsf基因在六个不同组织的表达模式进行分析。定量分析表明,冷、热等多种非生物胁迫可以影响BrHsf基因的表达水平。本研究系统全面的分析了Hsf基因家族,对于了解Hsf转录因子在植物耐热性调控中的作用具有非常重要的意义。