榨菜(Brassica juncea var.tumida)是十字花科芥菜中茎芥菜变种,其肉质的瘤状茎是加工榨菜的原料。瘤状茎的形成是榨菜产量的决定因素,8～15℃的低温积累是瘤状茎形成的关键环境因子。然而,瘤状茎形成的遗传及其调控机制仍不清楚,控制瘤状茎形成的关键基因仍未定位。在本研究中,我们通过全基因组关联分析、基因功能验证、蛋白互作分析等方法定位了瘤状茎形成的重要基因CK2B1,发现CK2B1通过影响细胞数目调控瘤状茎的形成,本研究的主要结果如下:1)基于全基因组关联分析定位到瘤状茎形成基因CK2B1。我们首先通过全基因组关联分析定位到瘤状茎形成相关的基因CK2B1,编码酪蛋白激酶(Casein Kinase 2)的β亚基。有/无瘤状茎形成芥菜的茎部组织不同发育时期CK2B1表达量表明,CK2B1表达量与瘤状茎形成显著相关,此外,CK2B1在有瘤状茎形成的芥菜种质中茎部组织的表达量明显高于无瘤状茎形成的芥菜种质。因此,我们推测CK2B1参与了瘤状茎的形成。2)CK2B1启动子变异及活性影响瘤状茎形成。基因分型分析表明CK2B1启动子变异与瘤状茎形成相关,我们鉴定到芥菜中存在两种CK2B1启动子基因型,在瘤状茎形成芥菜中CK2B1启动子为纯合型,在无瘤状茎形成的芥菜中CK2B1启动子为杂合型。双荧光素酶活性分析表明瘤状茎形成的芥菜CK2B1启动子活性显著高于无瘤状茎形成的基因型,并受低温诱导。同时,亚细胞定位表明CK2B1定位于细胞核中,组织表达分析发现CK2B1在苗期、叶脉、茎节等组织中表达量较高。3)CK2B1通过影响髓部组织细胞数目调控瘤状茎的形成。通过病毒介导的基因沉默技术(VIGS)发现在CK2B1沉默的植株中,瘤状茎形成被抑制,在CK2B1沉默表达群体中,CK2B1的表达与瘤状茎形成关联。同时,有/无瘤状茎的回交群体BC4F1((STZ×VC029)×STZ)表现出明显的瘤状茎表型,CK2B1的表达量显著升高。石蜡切片结果表明,髓部细胞数目增加是瘤状茎形成的主要原因,CK2B1的表达被抑制后茎横切面上细胞数目明显减少,细胞分裂在瘤状茎形成过程中被显著抑制。据此,我们认为CK2B1通过影响细胞数目来调控瘤状茎的形成。4)CK2B1通过磷酸化E2Fa调控细胞周期调控。酵母双杂和双荧光互补分析表明CK2B1可以与调控细胞周期的转录因子E2Fa互作,体外磷酸化实验表明CK2全酶可磷酸化E2Fa的Tyr54、Tyr464,Thr63,Ser431这4个氨基酸位点。综上,我们定位到了调控芥菜瘤状茎形成的重要基因CK2B1,并发现CK2B1通过影响CK2磷酸化细胞周期相关转录因子E2Fa来调控瘤状茎的形成,初步绘制了CK2B1控制瘤状茎形成的分子遗传机制,可为早熟、高产榨菜种质创制提供基因资源,同时,可为研究蔬菜作物中以根/茎膨大等营养器官为产品器官形成机制提供借鉴。