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自交不亲和性是植物进化出的一种防止自交衰退、促进异交以更好地适应环境的遗传机制,在研究和应用两方面均具有重要意义。自交不亲和是油菜杂种优势利用的重要途径。栽培的甘蓝型油菜(AACC)表现为自交亲和,但是人工合成的甘蓝型油菜及其两个基本种白菜(AA)和甘蓝(CC)却是自交不亲和的。本研究以人工创建的甘蓝型油菜自交不亲和系‘S-1300’,自然存在的亲和甘蓝型油菜‘10-9-8400’和‘Westar’等为材料,通过遗传分析、基因克隆、表达分析、启动子序列分析、遗传转化、转录组测序等研究手段对甘蓝型油菜自交亲和/不亲和的分子机制进行了研究,初步揭了示油菜自交亲和的原因,为研究油菜花粉-柱头互作的分子机理打下了基础。同时本研究还创建了鉴别S单倍型的分子标记体系,用于选育自交不亲和杂种,将提供育种效率、加快育种进程。主要结果如下：1.cS-1300,自交不亲和性的遗传分析鉴定‘S-1300’和‘10-9-8400’的S单倍型组成发现,他们在C基因组上含有共同的S单倍型BnS-6,而A基因组不同,分别为BnS-1300和BnS-1。分析‘S-1300×10-9-8400’分离群体植株S位点基因型和表现型,证明‘S-1300’A基因组上的S单倍型BnS-1300决定其自交不亲和性,来源于BrS-60。2.同源序列法克隆’S-1300,A基因组S位点基因根据白菜BrS-60的序列设计引物,克隆S单倍型BnS-1300上的自交不亲和基因。发现BnSP11-1300全长为378bp,包括两个外显子和一个内含子,序列比对分析发现其与BrSP11-60具有100%的序列相似性。BnSRK-1300长度为7967bp,包含7个外显子与6个内含子,与BrSRK-60的CDS序列具有100%的相似性,但是在内含子1,内含子3与内含子5却分别有数个碱基的差异。BnSP11-1300与BnSRK-1300均只在花蕾中、而不在根、茎、叶和角果中表达,符合芸薹属自交不亲和基因的表达特点。3.自交不亲和分子标记体系的建立克隆了恢复系‘10-9-8400’A基因组BnSRK-1的全长CDS序列和BnSP11-1全长序列。分析本研究得到的‘S-1300’和‘10-9-8400’以及本实验室已有的保持系’Bing409’S位点基因序列,开发分子标记。标记SRK1-1和SCR1-1只在恢复系‘10-9-8400’中扩增,标记SRK-1300只在自交不亲和系‘S-1300’中扩增,标记SCR7-2只在保持系‘Bing409’中扩增。优化PCR反应体系得到了两个多重PCR分子标记SRK-1300/SRK1-1及SRK-1300/SCR7-2。这些标记在91份甘蓝型油菜自交亲和品系极其与‘S-1300’的杂种中得到了验证。4. BnSP11-1启动子区Helitron转座子的发现及进化分析发现油菜品系’Westar’A基因组上BnSP11-1基因启动子区的一个3.6kb长的片段为一个非自主的Helitron转座子,该转座子只出现在带有BnS-1的油菜中。通过比对其在转座过程中带入的基因组片段,我们在BrS-47的SPll基因下游发现了另一个Helitron转座子,但是在油菜的BnS-1上却没有这个转座子。由于BnS-1来源于BrS-47,同时两个转座子有相同的边界序列,相同的3’末端的茎环结构。我们推测在甘蓝型油菜的形成过程中,Helitron转座子的移动改变了油菜的授粉方式(由异花授粉变为常异花授粉),从而使该物种能保存下来并对油菜的进化产生重大影响。5. BnSP11-1基因启动子顺式元件的鉴定去掉Helitron转座子的BnSPl1-1基因启动子能驱动GUS报告基因特异地在成熟花药中表达。进一步通过两轮的启动子缺失分析,发现BnSP11-1基因启动子有多个顺式元件协同作用控制着SP11基因的时空特异性表达,其中最主要的一个顺式元件被发现位于-227bp到-217bp (5’-TTCTAGGGAT-3’)的区域。6.基因BnSP11-1的功能互补分析通过转基因手段将功能完整的BrSP11-47基因导入到油菜品系’Westar’中,得到了自交不亲和的甘蓝型油菜。授粉实验表明,野生型’Westar’的柱头能接受自身的花粉,但拒绝转基因材料的花粉。这些结果再次证明了SP11基因失活导致甘蓝型油菜自交亲和。7.柱头亲和／不亲和反应的RNA-seq分析利用野生型’Westar’柱头针对自身花粉与转基因花粉的不同授粉特性,提取授以不同花粉柱头的RNA,对柱头亲和和不亲和反应进行RNA-seq分析。通过对差异表达基因进行功能注释和分析,发现亲和反应可能比不亲和反应更复杂。亲和反应与不亲和反应有一些共同的信号传导路径,同时比较了转录因子,蛋白激酶及泛素化相关的基因在亲和反应与不亲和反应中的分布,并探讨了一些可能起作用的信号路径。