【目的】红花槭秋彩叶的形成,与叶片中花青素苷的含量密切相关。本文旨在揭示红花槭中花青素苷的生物合成机理,为其叶色的定向改良提供理论依据。【方法】为解析花青素代谢物积累和基因表达水平的变化,以转色期同时具有绿叶、红叶和黄叶的红花槭特殊单株为材料,用超高效液相色谱串联质谱和高通量RNA测序的方法分别进行代谢组和转录组分析。【结果】1)在红叶-绿叶、黄叶-绿叶、红叶-黄叶3个比较组中,代谢组正离子模式下分别检测出1 377、1 793、1 098个差异积累代谢物,负离子模式下分别检测出789、699、6 778个差异积累代谢物:红叶与绿叶相比,矢车菊素苷衍生物、天竺葵素苷元和飞燕草素苷元及其衍生物含量大幅上升;黄叶与绿叶相比,矢车菊素苷衍生物、飞燕草素苷及其衍生物含量增加,而天竺葵素苷及其衍生物减少。2) 3个比较组中,转录组测序分别检测出28 536、43 017、27 110个差异表达基因:红叶与绿叶相比,花青素苷合成通路中89. 5%的基因表达量增加;黄叶与绿叶相比,花青素苷合成通路中66. 7%的基因表达量增加。3)红花槭花青素苷的生物合成中,有29个差异积累的相关代谢物和48个差异表达基因。4)差异代谢物和基因的网络互作分析显示,ANR和LAR基因正向调节类黄酮产物而逆向调节花青素苷衍生物,ANS和UFGT基因正向调节花青素苷衍生物而逆向调节类黄酮产物。【结论】当红花槭叶片秋季变色时,花青素苷通路中大量基因的表达量上调,同时矢车菊素-3-(6″-乙酰半乳糖苷)和矢车菊素-3-阿拉伯糖苷含量大幅上升,此为红花槭叶片变色的主要驱动因子。

为了探明我国玉米主要推广品种郑单958、先玉335花粒期高温胁迫下基因表达及代谢物差异,挖掘玉米响应高温胁迫的关键基因及代谢物,利用Illumina HiSeq~(TM) 2500高通量测序技术分别对郑单958、先玉335高温胁迫7,14 d的穗位叶及对照叶进行高通量转录组测序,利用广泛靶向代谢组测序技术对样品进行高通量代谢物测序。转录组测序共获得214.81 Gb干净序列。郑单958高温胁迫7 d后检测到49个差异表达基因,其中24个为上调基因。继续高温胁迫14 d共检测到306个差异表达基因,其中130个为上调基因。高温胁迫7 d与高温胁迫14 d对比组中检测到1 462个差异表达基因,其中647个为上调基因。先玉335高温胁迫7 d后共检测到381个差异表达基因,164个上调基因。继续高温胁迫14 d后共检测到299个差异表达基因,226个为上调基因。高温胁迫7 d与高温胁迫14 d对比组中共检测到2 481个差异表达基因,其中1 275个上调基因。在郑单958、先玉335高温胁迫7 d后对比组中检测到6 646个差异表达基因,其中3 253个上调基因。在郑单958、先玉335高温胁迫14 d对比组中检测到5 958个差异表达基因,其中3 110个上调基因。代谢物测序共检测到654个代谢物,郑单958高温胁迫7 d后共检测出28个差异代谢物,共注释到5个代谢通路中。高温胁迫14 d后共检测出54个差异代谢物,共注释到13个代谢通路中,其中9个差异代谢物呈上调表达。先玉335高温胁迫7 d后检测出98个差异代谢物,共注释到24个代谢通路中,其中43个差异代谢物呈上调表达。先玉335高温胁迫14 d后共检测出38个差异代谢物,共注释到13个代谢通路中,其中14个上调表达。郑单958高温胁迫7 d与先玉335高温胁迫7 d对比组共检测出144个差异代谢物,共注释到36个代谢通路中,其中81个差异代谢物呈上调表达。郑单958高温胁迫14 d与先玉335高温胁迫14 d对比组共检测出158个差异代谢物,共注释到40个代谢通路中,其中81个差异代谢物呈上调表达。

通过“广靶代谢组+转录组”联合分析方法，对Na Cl胁迫下胡麻(Linure usitatissmum)耐盐种质资源R40和敏感资源R24根部差异表达基因与差异积累代谢物进行共表达分析，以探明代谢物与关键基因的协同变化情况，阐明胡麻的耐盐代谢过程和变化规律，发掘胡麻中可能调控抗盐代谢途径的重要基因。共鉴定出具有显著差异的代谢物741个，其中下调409个，上调332个，鉴定出差异表达基因30 233条，其中上调15 827条，下调14 406条，有注释结果的转录因子13 015个。富集前十的代谢物几乎都有相对应的功能转录因子富集，如黄酮和黄酮醇的生物合成、苯丙素的生物合成、氨基糖和核苷酸糖的代谢、花青素生物合成、类黄酮生物合成等通路均有对应的转录因子参与其中。胡麻根部在盐胁迫下调控抗盐代谢途径的重要基因主要以参与调控糖类代谢为主，增强细胞的渗透压，从而有效降低盐碱胁迫的伤害；筛选出的8个候选基因与5个代谢物具有明显的相关性，每一个代谢物与一个或多个基因相关联，色氨酸–生长素通路发现，GH3基因是一种典型的与植物生长素原初反应相关的基因，在植物的抗逆防卫反应中起重要作用。

[目的]通过对花青素苷相关合成基因的表达水平和代谢产物的分析,系统地阐明‘金华美女’叶色变异与基因表达的关系。[方法]以‘金华美女’为材料,‘贝拉大玫瑰’、杜鹃红山茶和红山茶为参照组,使用NCBI Primer Designing Tool设计山茶DFR、ANS、LAR、ANR和UFGT基因的荧光定量引物,使用实时荧光定量PCR仪测定这5个基因在叶片4个发育时期的表达量;采用高效液相色谱仪测定对应时期的多酚合成途径的主要次生代谢产物(儿茶素、表儿茶素),以及花青素苷合成途径的主要代谢产物矢车菊素-3-O-

【目的】探究叶面喷施氮素缓解花后高温导致的春小麦(Triticum aestivum L.)早衰的分子机理。【方法】采用单因素对比试验，设春小麦花后高温前叶面喷氮（D20）和不喷氮（CK）2个处理，喷氮后在人工气候室中进行高温（35±2）℃处理，连续处理3 d，时间为9:00—17:00，高温结束后开始取样，测定高温处理后春小麦旗叶可溶性糖、淀粉含量及淀粉酶活性，并对春小麦旗叶进行转录组、蛋白组测序。【结果】高温处理后，D20处理春小麦旗叶的可溶性糖、直链和支链淀粉含量及淀粉酶活性均显著高于CK。转录组和蛋白质组联合分析表明，与CK相比，D20处理春小麦旗叶中共鉴定出3441个差异基因（Differential expressed genes，DEGs）和150个差异蛋白（Differential expressed proteins，DEPs），其中相关联的差异因子23个，包括13个基因上调和10个基因下调及8个蛋白质上调和15个蛋白质下调。在基因和蛋白水平上有16个因子表达一致，包括7个上调因子和9个下调因子。GO和KEGG富集发现，在基因和蛋白水平上，春小麦硫胺素代谢、蔗糖淀粉代谢和苯丙烷类生物合成均发生上调表达。春小麦的THI1和bglx基因上调表达，硫胺素含量、可溶性糖、香豆素和木质素含量增加，抗逆性增强。对表达趋势一致的春小麦旗叶基因和蛋白的差异基因进行实时定量PCR，结果与转录组分析一致，差异基因在两者中均表现为上调表达。【结论】春小麦花后高温处理前喷氮可调控硫胺素代谢、蔗糖淀粉代谢和苯丙烷类生物合成相关基因和蛋白的表达模式，从而缓解花后高温造成的早衰，提高春小麦产量。

为了解香瓜茄果实主要类黄酮成分以及不同栽培种间类黄酮物质的代谢差异，以我国当前主栽的淡椭圆形果实(LOF)和甜圆形果实(SRF)2个香瓜茄栽培种类型为对象，对成熟果实进行转录组和代谢组联合分析。结果表明，香瓜茄果实中类黄酮组分共鉴定出9类二级代谢产物，41种三级代谢产物，黄酮醇含量最高。具有显著差异的代谢物有21种，主要分布在黄烷醇类、黄酮碳糖苷等6类二级代谢物质中。LOF的二氢黄酮、黄烷醇类、异黄酮的含量高于SRF,而黄酮醇等其他类黄酮化合物则在SRF中含量较高。RNA-seq分析共鉴定出与类黄酮代谢相关的基因503条，其中类黄酮合成通路上游的苯丙氨酸解氨酶(PAL)、肉桂醇脱氢酶(CAD)、黄烷酮-3-羟化酶(F3H)等关键基因表达在LOF中较SRF均上调，而黄酮醇合成酶基因(FLS)表达则在SRF中高于LOF。根据转录组的结果，4个类黄酮合成酶的表达趋势与RT-PCR的检测结果一致。研究结果表明，在不同香瓜茄资源LOF和SRF中存在大量的类黄酮化合物及其合成酶基因，但不同类黄酮成分及其合成代谢相关酶在不同资源含量均存在差异。

花青素对人类健康具有重要的保健功能，培育富含花青素的功能性水稻品种是未来绿色健康农业发展的必然需求。然而目前与水稻果皮花青素含量相关的基因资源还十分有限，不利于有色稻米品种的种质创新和遗传改良。为了全面发掘水稻果皮花青素的基因资源，本研究结合花青素无损伤检测和全基因组关联分析方法，以533份水稻种质作为供试材料，检测到了13个果皮花青素含量关联QTL位点，这些QTL位点中包含了除Rc、Rd、Rb及OsMYB3已知与花青素相关的基因外，还包括17个候选基因。通过对候选基因同源性及表达模式分析，初步确定8个MYB基因与1个bHLH基因为新的水稻果皮花青素的候选基因。该研究结果首次全面剖析了水稻果皮花青素的遗传基础，为健康功能性水稻品种的选育提供理论基础与基因资源。

【目的】南美油藤种子油中富含不饱和脂肪酸,是一种具有重要经济价值和应用前景的油料植物。目前影响南美油藤种子油脂合成的关键基因、途径及其调控机理尚未清晰。因此,对南美油藤种子的脂质代谢物的动态变化规律及重要脂肪酸代谢相关调控基因的研究,不仅能够为提高其种子油产量和改善油脂品质提供理论基础,也可为其他木本油料植物高效开发利用提供有价值的参考依据。【方法】选用不同生长阶段的南美油藤种子(形成初期、发育初期、中期、后期、成熟期)为研究对象,结合GC-MC代谢组学技术和高通量转录组测序技术,分析种子发育过程中脂质代谢物含量的动态变化规律,并根据种子不同生长阶段的差异表达基因寻找出脂质代谢物生物合成与累积的关联酶基因。【结果】脂质代谢组学分析发现,南美油藤种子中高含量的α-亚麻酸和亚油酸主要在种子成熟阶段合成与累积,是判别南美油藤种子中脂肪酸缓慢累积时期与快速累积阶段的依据。转录组学分析表明,南美油藤种子成熟阶段前后的基因表达存在显著差异。结合代谢组学与转录组学的分析结果显示,与脂肪酸生物合成和累积相关的6个关键酶基因的表达模式与脂肪酸的合成和累积存在显著的相关性,基因家族的不同成员存在生物学功能的差异性和多样性。其中FAD2-3、FAD7、FATA、KAS2、LACS2、LACS8和SAD酶基因表达与脂肪酸总含量及主要脂肪酸含量呈显著正相关,说明7个酶基因表达对南美油藤种子油脂的合成与累积有促进作用;FAD2-2、KCS1、KCS10和LACS1酶基因与脂肪酸总含量及主要脂肪酸含量呈显著负相关,说明4个酶基因的表达对南美油藤种子油脂的合成与累积具有抑制作用。【结论】南美油藤种子成熟前后脂肪酸含量及差异表达基因存在显著差异,可依据种子中α-亚麻酸和亚油酸的含量变化将种子发育过程划分为脂肪酸缓慢累积和快速累积2个时期;南美油藤种子脂肪酸代谢中的6个关键酶基因的表达模式与脂肪酸的合成和累积存在显著的相关性,且同一基因家族的不同成员在脂肪酸的累积过程中可能具有不同的生物学功能。研究结果可为利用分子生物学技术提高南美油藤种子油产量和改变脂肪酸组分提供备选基因和相应的理论基础。

选用3个紫色辣椒和2个绿色辣椒品种配制杂交组合,并构建3个杂交组合的6世代群体(P1、P2、F1、B1、B2和F2),用分光光度法测定辣椒叶片花青素相对含量,研究其遗传规律。结果表明:3个杂交组合的分离群体叶片花青素含量呈现出多峰或单峰偏态分布,表现为主基因+多基因的数量遗传特征;通过多世代联合分析表明,辣椒叶片花青素含量遗传模式符合2对加性-显性-上位性主基因+加性-显性-上位性多基因模型(E-0模型);F2群体主基因遗传率较高,为78.89%~91.47%,多基因遗传率较低,为5.19%~17.00%。建议:对辣椒紫叶性状的遗传选择可在分离早期世代进行。

为紫红叶甘蓝型油菜花青素在食品与保健品生产应用上提供参考,在不同温度、遮光条件下研究紫红叶甘蓝型油菜叶片的花青素含量变化。结果表明:田间的紫红叶油菜花青素含量依次为苗期>抽苔期>花期,苗期花青素含量达4.90[(A530-0.25×A657)/g];在低温处理和遮光处理的条件下花青素的含量增加,在2℃处理12 d花青素含量最高,达7.49[(A530-0.25×A657)/g]。说明,紫红叶甘蓝型油菜花青素可增加油菜的抗逆性;同时低温处理可提高紫红叶甘蓝型油菜的花青素含量。紫红叶油菜的花青素提取物在60、

以自由人槭‘秋天火焰’和红花槭‘白兰地’为试材,研究槭属品种变色过程中(10月12日—11月19日),叶片花青苷含量及其生物合成相关酶苯丙氨酸解氨酶(PAL)、查儿酮异构酶(CHI)、二氢黄酮醇还原酶(DFR)和类黄酮糖基转移酶(UFGT)的活性变化。结果表明:2个品种叶片中花青苷含量随叶色的变化为单峰曲线,分别在第20和25天出现峰值;PAL,DFR和UFGT酶活性与花青苷含量均成2次曲线关系,CHI酶活性与花青苷含量呈极显著的线性关系;PAL,CHI和UFGT是‘秋天火焰’花青苷合成的关键酶,CHI和UFGT是‘白兰地’花青苷合成的关键酶。

【目的】低温是导致香蕉减产的主要自然灾害之一。基于转录组与蛋白质组关联分析参与香蕉抗寒的相关基因、蛋白及信号、代谢通路调控网络，探讨香蕉抗寒的分子机制。【方法】以巴西蕉为试材，在7℃低温下处理1 d(Cold1)和3 d(Cold3)，以28℃培养的巴西蕉为对照（CK），基于笔者课题组前期获得的蛋白质组数据，利用转录组测序技术检测巴西蕉在低温胁迫下基因调控网络的变化，同时与蛋白质组学数据进行关联分析，共同解析巴西蕉响应低温胁迫的分子机制。【结果】转录组分析结果显示，Cold1 vs CK、Cold3 vs CK和Cold1 vs Cold3三个对比组分别鉴定出11 370、15 460和9 619个差异表达基因，对这些基因的KEGG富集分析发现，差异表达基因在光合作用信号、谷胱甘肽代谢、α-亚麻酸代谢途径和苯丙素生物合成等多个低温胁迫关键信号代谢通路中富集。对部分差异表达基因进行实时荧光定量（qRT-PCR）分析，其中DREB、MAPK和MYB等低温调控关键基因的表达量在低温处理后显著上升，所选20个基因的表达变化趋势与RNA-seq基本相符，证实了RNA-seq的准确性。转录组与蛋白质组关联分析结果显示，共鉴定到6 211个与转录本相对应的蛋白，转录组与蛋白质呈现正相关关系，共有105个转录本及其对应的蛋白表达量共同上调，有218个转录本及其对应的蛋白表达量共同下调。GO富集分析显示，差异表达基因和蛋白在光响应、叶绿体、氧化还原酶活性等功能大量富集。此外，对差异表达基因和蛋白KEGG通路的关联分析发现，低温处理抑制了苯丙素生物合成和光合作用信号途径相关基因及蛋白的表达，促进了α-亚麻酸代谢和谷胱甘肽途径的表达。【结论】运用转录组结合蛋白质组学技术绘制了基因和蛋白质水平上的香蕉抗寒调控网络，并发现香蕉响应低温的信号通路主要涉及光合作用信号、谷胱甘肽代谢、α-亚麻酸代谢途径和苯丙素生物合成等途径。

【目的】以全红杨、中红杨、金红杨、红霞杨和翡翠杨5个彩叶杨树品种为试材,以探究不同光照所产生的过剩光能对不同品种的彩叶杨树叶片光保护能力影响的差异。【方法】采用高光胁迫(温度为25/15℃,光照强度为500μmol·m~(-2)·s~(-1)为对照,连续处理3 d,每天取样对色素含量,DPPH清除能力等多个生理指标进行测定,3 d后将受胁迫后的样本置于智能温室内进行适当遮阴处理恢复光照,在恢复的2 d后进行再次取样测定,进行对比。【结果】高光胁迫下花色素苷含量高的品种能激发叶片产生更强的光保护作用。在进行高光胁迫期间,全红杨的最大光化学效率(F_v/F_m)变化幅度、花色素苷含量及增加幅度和非酶抗氧化剂活性(DPPH的自由基清除能力)均显著高于其余4个品种。5个品种的彩叶杨树的花色素苷含量随胁迫时间延长的增加均十分显著,但叶绿素含量及组成比例随光照时间延长没有显著差异,即5个品种的光捕获能力并未表现出显著差异。高光胁迫同时造成全红杨的O~-_2产生速率的增加幅度较低,叶黄素库容量(V+A+Z)在整个实验阶段未表现出显著变化、过氧化氢酶(CAT)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性均低于其余4个品种。【结论】在高光胁迫及恢复状态下,花色素苷含量与DPPH活性关联密切,花色素苷在彩叶杨树叶片中的光保护作用主要来自于对叶片中非酶抗氧化能力的贡献。

【背景】花青素是紫色不结球白菜中重要的营养成分之一，谷胱甘肽转移酶（glutathione S-transferase,GST）在花青素转运中发挥着重要功能。【目的】鉴定不结球白菜中编码GST的基因，并通过转录组和分子生物学手段揭示BcGSTF6在不结球白菜花青素转运中的作用，解析不结球白菜花青素积累的分子机制。【方法】通过生物信息学方法，鉴定GST基因家族成员并分析其在染色体上的位置和基序；在紫色和绿色的不结球白菜中进行转录组分析，筛选不结球白菜中参与花青素转运的基因，并通过表达模式分析、亚细胞定位、拟南芥突变体tt19的异源回补试验进一步验证BcGSTF6和BcTT19的功能；通过将BcGSTF6和BcTT19与其他物种中参与花青素转运基因的氨基酸序列进行比较，分析BcGSTF6存在的差异；并通过BcGSTF6蛋白与矢车菊素（Cya）的体外结合和基因沉默试验验证BcGSTF6是否为参与不结球白菜花青素转运和积累的重要基因。【结果】从不结球白菜中鉴定得到83个GST基因家族成员，分为8个亚家族，分布在10条染色体上。转录组分析结果表明BcGSTF6和BcTT19可能是参与不结球白菜花青素转运的基因，进一步利用qRT-PCR发现BcGSTF6与BcTT19都在不结球白菜花青素积累阶段高度表达；亚细胞定位结果表明BcGSTF6和BcTT19都定位于内质网和液泡膜中。氨基酸序列多重比较发现BcTT19与其他物种中参与花青素转运的蛋白存在高度同源性，而BcGSTF6则在保守结构域中存在较大差异。在拟南芥突变体tt19中对BcGSTF6和BcTT19进行过表达均可恢复拟南芥幼苗tt19积累花青素的表型，但不能恢复其种皮棕色的表型，表明BcGSTF6和BcTT19都参与了花青素的转运但不能转运原花青素（PAs）。体外结合试验发现BcGSTF6蛋白在室温下可增加Cya的可溶性；对BcGSTF6在不结球白菜中进行基因沉默发现叶片中花青素含量显著下降，同时也导致参与花青素合成与调控相关基因表达量降低。证明BcGSTF6参与了花青素的转运和积累，在不结球白菜叶片着色过程中发挥重要功能。【结论】本研究鉴定了不结球白菜GST基因家族，并进一步解析了BcTT19和BcGSTF6在不结球白菜花青素转运和积累中的功能，阐明了BcGSTs在不结球白菜中花青素转运调控的部分机制。

【目的】茶叶生产上常采用遮阴处理来提高其品质,然而,黑暗遮阴对茶叶品质的影响尚未清楚。本文重点研究黑暗遮阴对茶叶中主要品质成分的影响,以期更加详细了解遮阴与茶叶品质的关系。【方法】利用遮阳网对茶树进行中度(65.0%)、黑暗(99.7%)两个遮阴处理,不遮阴作为对照;采用紫外分光光度法检测总多酚、总氨基酸、总黄酮的含量,同时采用超高效液相色谱-四级杆-飞行时间质谱(UHPLC-Q-TOF/MS)对茶叶中的主要品质成分进行详细调查。【结果】与对照相比,中度遮阴显著降低了茶叶的总氨基酸、总黄酮含量(P<0.05),轻微降低了总多酚含量,增加了酚氨比;黑暗遮阴显著降低了总氨基酸和总黄酮含量,显著增加了总多酚含量和酚氨比(P<0.05)。主成分分析(PCA)表明,两个遮阴处理明显改变了茶树叶片的代谢组。进一步鉴定得到了87个化合物,包括2个生物碱、18个氨基酸、12个儿茶素类、8个儿茶素二聚体类、19个黄酮(醇)糖苷、5个香气糖苷、6个核苷(酸)、9个酚酸、8个其他化合物;与对照相比,82个化合物在遮阴处理后出现显著差异(P<0.05)。遮阴后,生物碱含量显著增加;氨基酸呈现多样性变化,半数以上氨基酸含量显著下降;部分儿茶素类及二聚儿茶素类物质的含量在中度遮阴后显著降低,然而大部分儿茶素类和儿茶二聚体素类物质的含量却在黑暗遮阴后显著上升;绝大部分黄酮(醇)糖苷的含量在遮阴后出现显著下降,且遮阴程度越高,下降越多;大部分香气糖苷含量在遮阴后显著上升;大部分核苷(酸)含量在遮阴后显著降低;多数酚酸的含量在遮阴后显著上升。【结论】黑暗遮阴后,生物碱、儿茶素类及儿茶素二聚体类等物质含量显著上升,氨基酸含量显著下降,酚氨比显著上升,预示黑暗遮阴处理可能不利于提高茶叶的品质。