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油菜隶属于十字花科芸薹属，包括甘蓝型油菜(Brassica napus L.)、白菜型油菜(Brassicarapa L.)和芥菜型油菜（Brassica juncea L.）三大类。甘蓝型油菜(AACC，2n=38)是甘蓝(CC，2n=18)和白菜(AA，2n=20)在自然条件下经过杂交加倍而自然形成的异源四倍体。油菜是我国四大油料作物之一，其中甘蓝型油菜在我国长江中下游地区广泛种植。菜籽油富含油酸和亚油酸等不饱和脂肪酸，是人们所喜爱的重要食用油。因此，研究提高油菜产量和种子含油量，对于解决人民对菜籽油的需求，保障国家植物油安全，具有十分重要的意义。然而，到目前为止，油菜种子中油脂合成及其分子调控机理，以及控制油菜侧枝形成的分子调控机理，仍不十分清楚，需要进一步深入探讨。本文以甘蓝型油菜为材料，围绕上述科学问题进行了研究，取得如下研究结果:
1.油菜角果在种子油脂合成过程中发挥重要作用
对不同含油量的甘蓝型油菜HFA(高油品种)和LFA(低油品种)授粉后15和25天(DAP)的角果进行了转录组分析，在LFA油菜15和25DAP的角果中分别检测到65746和66033个基因，在HFA油菜15和25DAP的角果中分别检测到65236和65211个基因。对各材料中基因的表达进行了比较分析，得到大量差异表达基因(DEGs)，这些DEGs主要涉及到代谢途径、次生代谢生物合成途径、光合作用、丙酮酸代谢、脂肪酸代谢、甘油酯代谢和DNA结合过程。分析发现，油菜不同发育时期光合作用、淀粉和糖代谢、丙酮酸代谢以及脂代谢相关的DEGs与种子含油量相关。而且，一些同时在角果壁和种子中发挥功能的转录因子可能调控油脂的合成和积累。这为深入探讨油菜脂质生物合成和油脂积累的分子机制提供了有用的科学资料。
2.ABA-BnSnRK2;2/BnCDPK6-BnLEC1-[BnNFYCs]信号通路参与调控油菜种子油脂合成
对HFA和LFA油菜油脂合成关键时期(25DAP)、的种子进行定量磷酸化蛋白组学分析，并结合CoIP/MS分析，发现ABA信号相关的蛋白激酶BnSnRK2;2和BnCDPK6磷酸化转录因子BnLEC1，进而对细胞内糖稳态进行响应和调节，这一过程对油脂的合成起着至关重要的作用。研究表明，ABA在种子油脂合成关键时期大量合成。而且，添加外源ABA，能够提高BnSnRK2;2第177位苏氨酸的磷酸化水平而增强其激酶活性，进而促进BnSnRK2;2对BnLEC1第17位、153位和158位丝氨酸的磷酸化。BnCDPK6也能够对BnLEC1的这三个丝氨酸位点进行磷酸化。BnLEC1与转录因子BnNF-YC1/4/9A/9B在细胞质内相互作用形成异源二聚体后，进入细胞核内，调控糖酵解和油脂合成相关基因的表达，促进油脂合成。BnLEC1的磷酸化影响其与BnNF-YCs的相互作用以及它们的亚细胞定位。BnLEC1只有在第153位和158位丝氨酸磷酸化时，才能与BnNF-YCs相互作用，BnLEC1只有在第17位丝氨酸磷酸化时，BnLEC1-[BnNF-YCs]才能从细胞质转运到细胞核中，而不能磷酸化的BnLEC1则快速降解。种子特异性过量表达BnSnRK2;2，BnCDPK6和BnLEC1以及外源ABA能够导致油菜种子中蛋白质含量降低，含油量增加，而且油脂的脂肪酸组成也发生改变。外源添加葡萄糖能够促进ABA合成基因的表达和BnCDPK6的表达，进而增加BnLEC1的磷酸化。总之，上述研究结果揭示了ABA-BnSnRK2;2/BnCDPK6-BnLEC1-[BnNF-YCs]信号通路通过响应细胞内糖稳态促进碳源流动并用于脂质生物合成，促进种子油脂积累。
3.脂肪酸转运蛋白BnFAX6参与调节油菜侧芽发育
研究表明，BnFAX6在油菜腋芽以及油脂合成关键时期的种子中优势表达，并且去除顶芽后其在腋芽中的表达水平显著提高。过量表达BnFAX6导致糖酵解和油脂合成相关基因的表达水平显著升高，光合作用产物快速流动并用于脂肪酸的生物合成，导致叶片和种子中的油脂含量增加，脂肪酸组成也发生变化。并且，过量表达BnFAX6使油菜植株产生半矮化、分枝和角果数增多的表型。与野生型相比较，过量表达BnFAX6转基因油菜的单株产量显著增加。代谢组分析结果表明，过量表达BnFAX6转基因油菜以及去除顶芽的野生型油菜腋芽中大部分代谢物水平显著提高，尤其是亚麻酸及其衍生物。相反，包括蔗糖在内的大部分糖的含量显著下降，这表明腋芽中光合作用产物快速用于脂肪酸生物合成。油菜腋芽中亚油酸含量的升高会抑制维持芽休眠的关键转录因子（BnBRC1，BnBRANCHED1）的表达，并使得芽快速解除休眠。综上所述，BnFAX6可能作为一个重要的阀门控制着光合作用产物（碳源）流动，促进从糖向脂肪酸及其代谢物的转化，进而调节油菜油脂合成和植株分枝形成。
1.油菜角果在种子油脂合成过程中发挥重要作用
对不同含油量的甘蓝型油菜HFA(高油品种)和LFA(低油品种)授粉后15和25天(DAP)的角果进行了转录组分析，在LFA油菜15和25DAP的角果中分别检测到65746和66033个基因，在HFA油菜15和25DAP的角果中分别检测到65236和65211个基因。对各材料中基因的表达进行了比较分析，得到大量差异表达基因(DEGs)，这些DEGs主要涉及到代谢途径、次生代谢生物合成途径、光合作用、丙酮酸代谢、脂肪酸代谢、甘油酯代谢和DNA结合过程。分析发现，油菜不同发育时期光合作用、淀粉和糖代谢、丙酮酸代谢以及脂代谢相关的DEGs与种子含油量相关。而且，一些同时在角果壁和种子中发挥功能的转录因子可能调控油脂的合成和积累。这为深入探讨油菜脂质生物合成和油脂积累的分子机制提供了有用的科学资料。
2.ABA-BnSnRK2;2/BnCDPK6-BnLEC1-[BnNFYCs]信号通路参与调控油菜种子油脂合成
对HFA和LFA油菜油脂合成关键时期(25DAP)、的种子进行定量磷酸化蛋白组学分析，并结合CoIP/MS分析，发现ABA信号相关的蛋白激酶BnSnRK2;2和BnCDPK6磷酸化转录因子BnLEC1，进而对细胞内糖稳态进行响应和调节，这一过程对油脂的合成起着至关重要的作用。研究表明，ABA在种子油脂合成关键时期大量合成。而且，添加外源ABA，能够提高BnSnRK2;2第177位苏氨酸的磷酸化水平而增强其激酶活性，进而促进BnSnRK2;2对BnLEC1第17位、153位和158位丝氨酸的磷酸化。BnCDPK6也能够对BnLEC1的这三个丝氨酸位点进行磷酸化。BnLEC1与转录因子BnNF-YC1/4/9A/9B在细胞质内相互作用形成异源二聚体后，进入细胞核内，调控糖酵解和油脂合成相关基因的表达，促进油脂合成。BnLEC1的磷酸化影响其与BnNF-YCs的相互作用以及它们的亚细胞定位。BnLEC1只有在第153位和158位丝氨酸磷酸化时，才能与BnNF-YCs相互作用，BnLEC1只有在第17位丝氨酸磷酸化时，BnLEC1-[BnNF-YCs]才能从细胞质转运到细胞核中，而不能磷酸化的BnLEC1则快速降解。种子特异性过量表达BnSnRK2;2，BnCDPK6和BnLEC1以及外源ABA能够导致油菜种子中蛋白质含量降低，含油量增加，而且油脂的脂肪酸组成也发生改变。外源添加葡萄糖能够促进ABA合成基因的表达和BnCDPK6的表达，进而增加BnLEC1的磷酸化。总之，上述研究结果揭示了ABA-BnSnRK2;2/BnCDPK6-BnLEC1-[BnNF-YCs]信号通路通过响应细胞内糖稳态促进碳源流动并用于脂质生物合成，促进种子油脂积累。
3.脂肪酸转运蛋白BnFAX6参与调节油菜侧芽发育
研究表明，BnFAX6在油菜腋芽以及油脂合成关键时期的种子中优势表达，并且去除顶芽后其在腋芽中的表达水平显著提高。过量表达BnFAX6导致糖酵解和油脂合成相关基因的表达水平显著升高，光合作用产物快速流动并用于脂肪酸的生物合成，导致叶片和种子中的油脂含量增加，脂肪酸组成也发生变化。并且，过量表达BnFAX6使油菜植株产生半矮化、分枝和角果数增多的表型。与野生型相比较，过量表达BnFAX6转基因油菜的单株产量显著增加。代谢组分析结果表明，过量表达BnFAX6转基因油菜以及去除顶芽的野生型油菜腋芽中大部分代谢物水平显著提高，尤其是亚麻酸及其衍生物。相反，包括蔗糖在内的大部分糖的含量显著下降，这表明腋芽中光合作用产物快速用于脂肪酸生物合成。油菜腋芽中亚油酸含量的升高会抑制维持芽休眠的关键转录因子（BnBRC1，BnBRANCHED1）的表达，并使得芽快速解除休眠。综上所述，BnFAX6可能作为一个重要的阀门控制着光合作用产物（碳源）流动，促进从糖向脂肪酸及其代谢物的转化，进而调节油菜油脂合成和植株分枝形成。