芸薹属（Brassica）中包含世界第三大油料作物油菜籽、中国主要蔬菜作物大白菜等众多经济作物,与人们生产生活密切相关。随着生物学研究范式的转变,对基因组信息的深入挖掘和解读已成为现代育种改良研究的核心。为改善芸薹属内单物种逐步紧缩的遗传基因组资源库,大量研究者从芸薹属物种间广泛的可育性出发,致力于实现属层面的系统性研究。但基因组数据的快速增长,为多物种比较基因组分析带来了呈指数级增长的计算开支,导致现阶段开展的芸薹属系统性研究仍停留在对个别物种的联合分析阶段。本研究借鉴演化分析研究思路,通过引入兼具系统发育推断结果和分析比较对象双重身份的祖先基因组概念,以“构建统一规范的命名系统→推断芸薹属祖先基因组→解读重要基因家族演化历程”为研究主线,基于所有已发表芸薹属相关基因组实现了深入个体的属层面系统性研究,为多物种比较基因组分析提供了一种相对统一的参考标准,显著降低了计算复杂度,并对分析结果的解读提供了演化的视角。主要研究内容如下:1)构建规范化命名系统。面对不同来源的参考基因组和注释数据,实现系统化研究需要一个统一的命名规范框架。本研究基于序列本体论语义和注释图的概念,对搜集到的涵盖6个物种,21个不同个体的40个芸薹属参考基因组和注释数据进行了统计和处理,充分考虑了参考基因组背后的个体性。基于多个标准选用了其中的23个开展了深入分析,发现了大量多义注释描述情况。为使分析数据能在统一的系统下包含可以进行自我解释的所有信息,在前人提出的基因命名法基础上,构建出包含属、物种、个体、染色体和基因位置等信息的基因命名规范,为后续芸薹属层面系统化分析的开展和交流提供了一种系统理论框架。2)重构芸薹属祖先基因组,解读芸薹属演化历程。本研究在综合考虑演化历程和数据可靠性的基础上,将拟南芥作为分析的基准坐标,利用贪婪算法对在拟南芥中鉴定到的共14,812个芸薹属相关共线区块进行了合并,得到23个无重叠的祖先区块,重构出芸薹属27条染色体最大可能线性区块排列,称之为芸薹属祖先基因组。创新性的引入了图模型,用于表示和存储祖先基因组,为后续属层面系统性分析提供了相对统一的参考基准。同时,从信息论的角度分析了CDS和蛋白两种基因代表序列对同源基因对鉴定结果的影响,发现相比于CDS序列,蛋白序列的保守性更高,物种特异性更大,更适合鉴定多物种间同源基因对。并从物种和亚基因组层面分析了芸薹属演化历程,其中,共线性区块和Ks指标计算结果表明,拟南芥基因与芸薹属区块间呈现出1:3和1:6的对应比例趋势,进一步为芸薹属全基因组三倍化事件假说提供了支撑,并发现甘蓝型油菜ZS11参考基因组10.0版本的Ks值分布呈现出与其余基因组不同的趋势;结合重构的祖先基因组合和单拷贝基因系统发育树构建分析发现,三个亚基因组中A、C间具有较高的相似度,而B亚基因组与拟南芥的亲缘关系更近。3)基于重构的芸薹属祖先基因组,解读AOP基因家族演化历程。本研究首次在属层面对AOP基因家族进行了分析,基于6个芸薹属代表性物种基因组数据,共鉴定到37个可能的AOP基因家族成员。通过系统发育树分析,将AOP1和AOP2、AOP3分为两大组,并鉴定出每组的特异性代表基序,并利用相关性分析,挖掘出甘蓝型油菜Darmor基因组4.1版本中一个与种子硫苷含量显著相关的终止突变位点。基于本研究中推断的祖先基因组区块系统,发现AOP1在二倍体祖先种的A、C两个亚基因组的2、3号染色体中发生了丢失,而在9号染色体中发生了复制,呈现出高度的系统演化脉络,绘制出AOP基因家族可能的演化历程,为AOP基因家族的研究提供了新的视角。