Abstract Rapeseed (Brassica napus L.) has winter and semi-winter ecotypes which need vernalization in the development process. Leaf development coincides with vernalization, and the leaf petiole angle (LPA) is associated with cold environmental adaptation during the overwintering period in rapeseed. In the present study, a genome-wide association study (GWAS) using a Brassica 60 K SNP array for LPA identified 45 significantly associated quantitative trait loci (QTLs) and 3525 candidate genes. Moreover, two rapeseed accessions (T193, winter type and T268, semi-winter type) with significantly different LPA degrees were used for RNA sequencing (RNA-seq). And transcriptome analysis revealed that most of the differentially expressed genes (DEGs) were involved in auxin, brassinosteroid (BR) and ethylene signaling pathways as well as the cell division pathway. Using integration of GWAS and RNA-seq analysis, several promising candidate genes, including BZR1, IAA7, IAA15, PIN3 and SPL orthologs were prioritized for further research. Quantitative real time PCR (qRT-PCR) also validated the differential expression patterns of nine candidate genes between T193 and T268. Through regulating differential cell division of the abaxial and adaxial petiole for small LPA, auxin signaling genes could be involved in the adaptation of rapeseed seedlings to low temperature conditions. These findings provide insights into the molecular mechanism of environmental adaptation at the seedling stage and provide valuable information for facilitating marker-based breeding in B. napus.

中文翻译：

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幼苗期叶柄角相关生长素相关基因参与甘蓝型油菜低温适应

摘要 油菜（Brassica napus L.）具有冬季和半冬季两种生态型，在发育过程中需要进行春化处理。叶发育与春化同时发生，叶柄角（LPA）与油菜越冬期间的寒冷环境适应有关。在本研究中，使用芸苔属 60 K SNP 阵列进行 LPA 的全基因组关联研究 (GWAS) 鉴定了 45 个显着相关的数量性状基因座 (QTL) 和 3525 个候选基因。此外，使用 LPA 度显着不同的两种油菜籽（T193，冬季型和 T268，半冬季型）进行 RNA 测序（RNA-seq）。转录组分析显示，大多数差异表达基因（DEGs）与生长素有关，油菜素类固醇 (BR) 和乙烯信号通路以及细胞分裂通路。使用 GWAS 和 RNA-seq 分析的整合，几个有希望的候选基因，包括 BZR1、IAA7、IAA15、PIN3 和 SPL 直向同源物被优先用于进一步研究。定量实时 PCR (qRT-PCR) 还验证了 T193 和 T268 之间九个候选基因的差异表达模式。通过调控小LPA的背面和正面叶柄的差异细胞分裂，生长素信号基因可能参与油菜幼苗对低温条件的适应。这些发现为了解苗期环境适应的分子机制提供了见解，并为促进欧洲油菜基于标记的育种提供了有价值的信息。几个有希望的候选基因，包括 BZR1、IAA7、IAA15、PIN3 和 SPL 直向同源物被优先用于进一步研究。定量实时 PCR (qRT-PCR) 还验证了 T193 和 T268 之间九个候选基因的差异表达模式。通过调控小LPA的背面和正面叶柄的差异细胞分裂，生长素信号基因可能参与油菜幼苗对低温条件的适应。这些发现为了解苗期环境适应的分子机制提供了见解，并为促进欧洲油菜基于标记的育种提供了有价值的信息。几个有希望的候选基因，包括 BZR1、IAA7、IAA15、PIN3 和 SPL 直向同源物被优先用于进一步研究。定量实时 PCR (qRT-PCR) 还验证了 T193 和 T268 之间九个候选基因的差异表达模式。通过调控小LPA的背面和正面叶柄的差异细胞分裂，生长素信号基因可能参与油菜幼苗对低温条件的适应。这些发现为了解苗期环境适应的分子机制提供了见解，并为促进欧洲油菜基于标记的育种提供了有价值的信息。定量实时 PCR (qRT-PCR) 还验证了 T193 和 T268 之间九个候选基因的差异表达模式。通过调控小LPA的背面和正面叶柄的差异细胞分裂，生长素信号基因可能参与油菜幼苗对低温条件的适应。这些发现为了解苗期环境适应的分子机制提供了见解，并为促进欧洲油菜基于标记的育种提供了有价值的信息。定量实时 PCR (qRT-PCR) 还验证了 T193 和 T268 之间九个候选基因的差异表达模式。通过调控小LPA的背面和正面叶柄的差异细胞分裂，生长素信号基因可能参与油菜幼苗对低温条件的适应。这些发现为了解苗期环境适应的分子机制提供了见解，并为促进欧洲油菜基于标记的育种提供了有价值的信息。