普通白菜（Brassica rapaL.var.communis）和红菜薹（Brassica rapa L.var.purpurea）均是十字花科芸薹属蔬菜作物。作为叶用和薹用蔬菜，其植物组织（叶片和薹茎）表皮蜡质性状是一种重要商品性状，挖掘控制蜡质的相关基因对其分子机理进行研究，具有十分重要的应用和理论价值。另外，红菜薹起源我国，含有丰富的花青素，而植物中天然的花青素具有特殊的生理功能，如抗氧化，抑制癌细胞、预防心脑血管疾病等，因此，开展红菜薹中花青素苷合成代谢相关基因的遗传、基因克隆及其分子机理的研究，显得尤为必要。综上所述，以普通白菜（青梗菜）和红菜薹为研究对象，分别针对普通白菜（青梗菜）和红菜薹的表皮蜡质性状、红菜薹的红色性状，开展3个品质性状的遗传分析、基因克隆以及分子机理研究，对于促进白菜类蔬菜的品质育种，探究组织表皮蜡质和花青素合成代谢分子机理，都有很重要的理论和应用价值。本课题主要包括三个部分，第一部分为普通白菜（青梗菜）蜡质基因的克隆和相关分析;第二部分为红菜薹蜡质基因的克隆和相关分析;第三部分为红菜薹红色性状pur07基因的克隆和相关分析。主要研究结果如下:　　1.蜡质缺失体的表型分析和遗传规律分析　　无蜡质突变体普通白菜自交不亲和系13S126和红菜薹3号均具有叶片和薹茎光亮的特点，同时叶片表面和薹茎表面的蜡质晶体缺失严重。扫描电镜(SEM)观察发现两个蜡质突变体的叶片和薹茎表面蜡质结晶显著减少。透射电镜(TEM)观察发现两个突变体的薹茎片角质层厚度明显增厚，同时自交系13S126叶片的角质层厚度也有所增厚。生理实验表明两个蜡质突变体的细胞通透性都有所增高。GC-MS测定显示自交系13S126蜡质缺失成分包括烷烃类、醇类、脂肪酸类、酮类和蜡脂，而无蜡质红菜薹3号蜡质缺失成分主要是初级醇类。　　以无蜡质自交系13S126和有蜡质自交系13S106为亲本构建F1代和F2代，其中F1代群体叶面均覆盖有蜡质，F2代群体中有蜡质和无蜡质植株的分离比例符合3∶1，推测自交系13S126蜡质缺失性状由1对隐性基因控制。　　2.普通白菜中蜡质基因BrCER1的同源克隆和群体验证　　在同源克隆技术基础上，克隆BrCER1基因，该基因是CER1的同源基因。通过序列比对发现Brcer1基因在无蜡质自交系13S126存在39-bp的序列丢失。同时，在一个F2群体（488个单株）中，根据丢失区域开发的基因特异引物显示与无蜡质性状单株共分离。因此将BrCER1基因作为控制自交系13S106蜡质性状的候选基因。BrCER1基因的表达量在无蜡质自交系13S126下降。　　3.红菜薹中蜡质基因BrCER4的精细定位和克隆　　利用遗传方法成功将红菜薹3号无蜡质定位于1号染色体的标记M69和M87之间，两个标记之间的物理距离为272.3kb，该定位区间内有两个与蜡质合成相关的基因，Bra011487和Bra011470。通过序列比对发现，CER4同源基因-Bra011470(BrCER4)在无蜡质红菜薹3号中存在39bp序列丢失，同时据此所开发的标记与无蜡质重组单株（34株）共分离。因此将BrCER4基因作为红菜薹中蜡质性状的候选基因。　　4.BrCER1基因和BrCER4基因的表达量分析和转录本分析　　利用半定量RT-PCR和实时荧光RT-PCR实验对BrCER1基因和BrCER4基因的表达量进行分析，BrCER1基因和BrCER4基因的表达量分别在两个突变体中下降。同时对转录本序列的分析发现，Brcer1基因在无蜡质自交系13S126中有2个转录本，存在选择性剪切;而Brcer4基因在无蜡质红菜薹3号中也存在选择性剪切，有4个转录本。因此推测Brcer1基因和Brcer基因中分别存在的39bp序列丢失引起mRNA的选择性剪切是导致普通白菜自交系13S126和红菜薹3号的无蜡质表型原因。　　5.Brcer1基因和Brcer4基因在普通白菜和红菜薹种质资源中的分布　　在Brcer1基因和Brcer4基因中39bp序列丢失区域分别开发基因特异标记Gene-s1和Gene-s4对无蜡质普通白菜和无蜡质红菜薹种质资源的扩增表明，Brcer1基因只控制一部分普通白菜自交不亲和系的无蜡质表型，而Brcer基因只控制本研究中收集的红菜薹自交系的无蜡质表型。　　6.逆境条件下BrCER1基因和BrCER4基因的表达量变化　　通过对有蜡质普通白菜自交不亲和系13S106和有蜡质红菜薹D×W进行干旱、冷害和盐害处理，结果表明在BrCER1基因和BrCER4基因在不同处理条件下，表达量的变化也不尽相同。在干旱处理下下，普通白菜中BrCER1基因表达量在处理后24h最高，而红菜薹中BrCER4基因的表达量最高是在处理后的48h;在冷害处理下，普通白菜中BrCER1基因在处理后6h达到最高表达量，而红菜薹中BrCER4基因的表达量最高是在处理后12h;在盐害处理条件下，普通白菜中BrCER1基因表达量最高电是在处理后的6h，而红菜薹中BrCER4基因的表达量则是在处理后24h;　　7.红菜薹中红色基因pur07的精细定位和相关分析　　在前人对红色基因pur07初定位的基础上，通过开发分子标记和候选基因分析，将存在序列差异的Bra00416作为候选基因，该基因与MYB90同源。在红色植株的启动子区域存在5，409bp的序列插入，同时在第三个外显子上存在一个碱基的替换（G替换为A）引起一个氨基酸的改变（G变为D）。依据SNP差异开发的CAPS标记pur07-1显示与绿色性状（145株）共分离。此外pur07基因的表达量在红色植株中上调。　　56-4分离群体（F2∶3代）中表型为深红(H)的红色植株中花青素含量大小依次为:薹茎＞叶＞蕾＞角果;表型为浅红(M)的红色植株中花青素含量的大小依次为:茎＞叶。其中深红(H)的薹茎含量最高，达到8.5mg/g，含量最低的部位是浅红(M)的叶，不足1mg/g。