磷（Phosphorus,Pi）是植物生长发育中必需的大量元素之一,施用磷肥可以提高作物的产量与品质。甘蓝型油菜（Brassica napus L.,简称油菜）是我国主要油料作物和食用植物油源。油菜的需磷量大且对磷敏感,生产中通常大量施用磷肥以保障作物产量与品质。然而油菜对磷肥的利用率较低,大量施磷肥对油菜产量提高受到限制,还会增加生产成本,导致资源枯竭和水土污染等问题。因此,提高油菜的磷利用效率是油菜分子育种工作中的关键问题,对我国油菜增产增效和可持续发展具有重要意义。植物的磷利用效率主要由磷利用基因网络决定。近年来,关于植物磷利用的分子机制在模式植物拟南芥、水稻中已逐渐完善。但是在大多数农作物如油菜中尚缺乏系统研究。鉴于此,本文首先利用生物信息学的方法在油菜全基因组水平鉴定磷利用相关基因,并构建油菜磷利用途径的基因网络;随后对该基因网络进行了系统的生物信息学分析（包括亚细胞定位、基因复制机制、转录调控机制、表达谱、共表达分析等）;同理,重点对在磷利用中起核心作用的PHT基因家族展开了深入解析;最后,基于上述生物信息学分析结果筛选到3个磷利用候选基因,采用qRT-PCR法对其低磷胁迫响应机制进行了详细分析。本研究为后续深入解析油菜磷利用的分子机制提供了关键基因资源。本研究主要结果如下:1.油菜磷利用相关基因的鉴定与分析通过同源检索法,本研究在油菜中双11号（ZS11）基因组中共鉴定到285个磷利用相关基因,分别属于4个转录因子家族（MYB、WRKY、SPX和b HLH）和17个结构基因家族。亚细胞定位分析发现磷利用相关蛋白主要定位于细胞核（～46.0%）、细胞膜（～36.5%）、叶绿体（～7.7%）、液泡（～2.8%）或线粒体（～3.5%）。染色体定位分析结果表明,磷利用相关基因在油菜19条染色体上呈不均匀分布,且更倾向于分布在Cn亚基因组上（An:131个,Cn:149个）。微共线性分析结果表明,磷利用相关基因的扩增主要归因于小规模复制事件（～69.6%）:有69个（～26.9%）、58个（～22.6%）和20个（～7.8%）基因分别来自于片段复制事件、同源交换事件和片段交换事件;白菜和甘蓝两个亲本间的异源加倍（～30.4%）也是该途径基因的重要扩增机制,且进化过程中油菜基因组更倾向于复制和保留来源于白菜基因组的基因。转录因子结合位点分析表明,磷利用相关基因受到32个转录因子家族中的362个转录因子的广泛调控。mi RNA预测分析结果显示,56种mi RNA与90个磷利用相关基因可能存在305对调控关系。蛋白互作网络分析结果显示,在油菜中有33个磷利用蛋白形成了67对互作蛋白对,暗示这些蛋白可能形成蛋白复合体行使功能。时空表达谱分析结果显示,大部分磷利用相关基因在油菜全生育期广泛表达,其中结构基因与调控基因的表达趋势不同,表明了它们在油菜磷利用中的不同分工。此外,大部分复制基因对（106对,～79.1%）功能冗余,有28对（～20.9%）基因在进化过程中经历了新功能化或亚功能化,原因是启动子序列发生了差异化。低磷胁迫表达谱分析发现,有90个（～31.58%）磷利用相关基因受低磷胁迫诱导在油菜根和/或叶组织中差异表达,它们可能在油菜磷利用途径中发挥核心作用。共表达分析发现,时空表达谱和低磷胁迫表达谱的共表达网络的核心基因大多是PHT磷转运蛋白家族成员,表明这类基因对磷利用很重要。2.油菜PHT基因家族的全基因组分析本研究进一步对磷关键转运蛋白PHT家族进行了系统解析。结果表明,ZS11基因组中共有80个PHT基因（简称Bna PHTs）。系统发育分析将该家族划分为5个亚家族（PHT1-5）。亚细胞定位分析显示,PHT1-5亚家族成员主要定位于细胞膜（Bna PHT1s、Bna PHT4s）、叶绿体（Bna PHT2s）、线粒体（Bna PHT3s）和液泡（Bna PHT5s）中。蛋白质保守结构域分析表明,5个PHT亚家族成员的保守结构域不同,这可能与各家族的功能差异有关。染色体定位结果显示,Bna PHTs基因倾向于分布在Cn亚基因组（An:34,Cn:42）。微共线性分析结果显示,Bna PHTs基因主要来自于小规模复制事件,其中33个（～41.3%）、11个（～13.8%）和8个（～10.0%）基因分别属于片段复制、同源交换和片段交换事件;仅有15个基因（～18.8%）来自于异源加倍,这可能说明Bna PHTs基因近期在油菜ZS11基因组内发生了大量同源替代。时空表达谱分析表明,大部分Bna PHTs基因的表达谱广泛,同一亚家族或进化支成员的表达模式相似。低磷胁迫分析结果表明,有11个Bna PHT1s和4个Bna PHT3s明显受到诱导表达（Fold Change≥2,FDR＜0.01）,而其他亚家族成员在低磷条件下表达水平无明显变化。3.油菜磷利用候选基因的筛选基于上述时空表达谱和低磷胁迫表达谱分析,本研究从磷利用基因网络中筛选到了3个磷利用的重要候选Bna PHTs基因（Bna PHT1.34、Bna PHT1.29和Bna PHT1.7）。其中,Bna PHT1.34基因在低磷胁迫下的叶中差异表达最高,达7倍;Bna PHT1.29基因则在低磷胁迫下根中3倍差异表达;而Bna PHT1.7基因在低磷胁迫下的叶（7倍）和根（3倍）中均差异表达。共表达分析结果显示,有43个磷利用相关基因与候选基因的时空表达谱构成了70对共表达关系（皮尔逊相关系数＞0.6;P-value≤0.01）。同理,有32个磷利用基因与它们的低磷胁迫表达谱构成了46对共表达关系,显示了这些基因在磷利用基因网络中的节点位置。此外,本研究还利用qRT-PCR法验证了这3个候选Bna PHTs基因的低磷胁迫表达谱,结果与RNA-Seq基本一致。