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起源于苯丙氨酸次生代谢途径的黄酮类化合物是植物重要的次生代谢产物。参与植物的花色形成、紫外线防护、抵抗病原体,花粉发育,激素的运输。在植物与微生物间的互利共生作用中扮演重要作用。大量研究表明黄酮类化合物在人体中具有多种生物活性,包括抗氧化、清除自由基、抗病毒、抗发炎、血管舒张活性等。虽然通过共同的前体物质阐述了植物的黄酮类化合物合成途径,但是长时间以来,研究重点主要集中于一年生草本植物拟南芥基因组中的分子信息。现在随着杨树基因组序列的获得,了解和开发树种的次生代谢将会实现。目前研究已知,杨树的苯丙氨酸生物代谢途径中存在基因的结构和功能更为复杂。在杨树和其他快速生长树种中,黄酮化合物和水杨酸酚存在许多不同形式的功能,在叶片中的含量占到总生物量的50%。从分子水平破解杨树的次生代谢密码,对了解次生代谢产物对树木自身生长及其对生态系统多样性的潜在影响,具有重要意义。二氢黄酮醇4-还原酶(DFR；EC1.1.1.219)是黄酮类化合物合成途径靠后阶段的关键酶。它催化二氢堪非醇(dihydrokaempferol, DHK),二氢栎皮黄酮(dihydroquercetin,DHQ)和二氢杨梅黄酮(dihydromyricetin,DHM)三种黄烷酮醇转化为的无色花色素,可作为花青素和缩合单宁(原花色素)的前体物质。从毛白杨中分离到两个DFR基因的cDNA片段(PtDFR1和PtDFR2)。构建CaMV 35S启动子调控的正义表达载体pBK-DFR1-S和pORE4-DFR2-S,反义表达载体pBK-DFR-As,转入农杆菌LBA4404。叶盘法转化烟草后,卡那霉素50mg/L做为选择压,筛选出转化植株。以野生型烟草植株为阴性对照,以携带外源目的基因的质粒为阳性对照,以提取转化植物基因组DNA为模板,PCR扩增外源基因NPTⅡ和DFR以鉴定转化植株,结果表明外源基因已成功插入转化植株基因组中。RT-PCR检测外源基因(PtDFR)在转录水平表达情况。提取转化和未转化植物总RNA,反转录合成cDNA,以18s rRNA基因为内参,调整cDNA模板浓度一致,扩增外源基因。结果发现与对照组(未转化植株)相比,正义转化植株在转录水平存在外源基因DFR表达,反义转化植物外源基因转录水平表达比正义相比受到明显抑制。烟草转化植物的花色表现型出现差异,野生型烟草的花瓣颜色为粉红色。转DFR1基因正义表达载体的转基因植株,花瓣颜色明显偏红,有的甚至雌蕊的颜色也出现红色。在转DFR反义表达载体的转基因植株中,花瓣颜色趋于白色,仅在边缘存在可见的淡粉红色。在转DFR2正义表达载体的转基因植株,花瓣颜色与野生型趋于相同,不存在明显差异。提取了转化烟草植株中花瓣的花青素进行HPLC分析,检测矢车菊素3-阿拉伯糖苷单体。与野生型烟草相比,携带有外源基因DFR1正义载体的转化植株,峰面积明显增大；反义载体的转化植株,峰面积明显减小。携带有外源基因DFR2正义载体的转化植株,峰面积差异不显著。以芦丁为标准品,采用黄酮比色法对所得转化植株进行总黄酮含量分析。与野生性烟草相比,转化植株的总黄酮含量都不穿在显著性差异。本研究对毛白杨DFR基因对花青素的合成影响,通过转化烟草花色的表现型直接论证。这有助于对多年生木本植物的黄酮类化合物代谢途径的研究。在通过植物化学调控或者基因工程手段,提高杨树的品质和产量有重要意义。