阳光对于植物的生长至关重要,但是植物在接受阳光的同时不可避免地会暴露在紫外射线之中。紫外线-B（UV-B）辐射能引起植物体内活性氧（ROS）的上升从而产生对DNA、RNA及蛋白质的损伤,最终导致植物生物量降低和作物减产。植物在长期的适应过程中,进化出了精巧的感知和响应机制,其中一类重要的机制就是增加具有紫外吸收能力的代谢产物。酚胺,也被称为羟基肉桂酰胺,是一类分布广泛的植物次生代谢产物。酚胺的化学结构中含有数目不等（1～4个）的苯环结构,具有良好的紫外吸收能力,因此被认为是一类“UV-B植物化学保护剂”。本研究以单子叶模式植物-水稻为研究对象,利用正向遗传学手段,解析水稻中控制不同酚胺（尤其是芳香族酚胺）合成的关键基因-BAHD酰基转移酶,并证明芳香族酚胺能够提高水稻对UV-B的耐受能力。在此基础上,进一步探索了青藏高原特色作物-青稞中芳香族酚胺的合成与调控途径,克隆并鉴定了4个BAHD酰基转移酶和1个MYB转录因子,为解析青稞适应高原气候的机制提供了有力证据。本研究的主要结果如下:1.共鉴定水稻叶片和种子中11种酚胺:6种脂肪族酚胺和5种芳香族酚胺。对这些酚胺在480个水稻品种中的定量分析发现,大多数酚胺在粳稻中含量高于籼稻。在480份水稻自然群体材料中,对11种酚胺进行全基因组关联分析（m GWAS）。同时,在珍汕97和明恢63的重组自交系群体中,对6种酚胺进行连锁分析（m QTL）。m GWAS显示胍丁胺类酚胺共同定位到4号染色体上的一个主效位点,腐胺类酚胺共同定位到9号染色体上的一个主效位点,而色胺以及5-羟色胺类芳香族酚胺则定位到另外两个主效位点。这些主效位点中的两个也在m QTL中被检测到。2.利用体外酶活测定和超表达转基因手段,验证了水稻中8个控制酚胺合成的BAHD酰基转移酶基因。其中4个BAHD酰基转移酶（Os THT1/2和Os TBT1/2）具有同时催化色胺、酪胺酰基化的功能,是水稻中控制芳香族酚胺合成的主要基因。这类双功能酶基因在禾本科植物中高度保守,在核心真双子叶植物中没有同源基因。靠近蛋白N端的4个连续精氨酸残基（RRRR）对Os THT1利用胍丁胺底物的能力具有决定作用。Os TBT1/2的自然变异分析发现,Os TBT1编码区的4个多态性位点（SNPs）以及Os TBT2编码区的9个SNPs与水稻中苯甲酰色胺的含量显著相关。相比于珍汕97,明恢63品种中Os TBT1编码区存在7 bp的缺失而引起的移码突变以及Os TBT2编码区中19个引起氨基酸极性改变的非同义突变,是该水稻品种无法积累苯甲酰色胺的主要原因。3.水稻中芳香族酚胺的含量在UV-B胁迫条件下显著上升,控制芳香族酚胺合成的BAHD酰基转移酶基因也受到UV-B信号的强烈诱导。UV-B连续照射下,Os TBT2超表达水稻叶片中积累较少的ROS,表现出更强的UV-B耐受能力。4.共鉴定青稞叶片和种子中8种酚胺:5种脂肪族酚胺和3种芳香族酚胺。对这些酚胺在142份青稞和54份普通大麦的群体材料中的定量分析发现,酚胺在青稞中含量高于普通大麦。在196份青稞和大麦的群体材料中,对8种酚胺进行全基因组关联分析。m GWAS显示阿魏酰酪胺定位到三个主效位点。体外酶活测定和烟草瞬时表达实验证明青稞中HvTHT1/2/3都具有催化酪胺的功能,是青稞中控制酪胺类酚胺合成的关键基因。HvTHT3第二个外显子上缺失97 bp,是造成某些青稞品种中阿魏酰酪胺含量极低的原因之一。5.阿魏酰色胺的mGWAS不仅定位到酚胺合成的结构基因HvACT,还定位到调控酚胺合成的转录因子HvMYB。HvACT在体外实验和烟草叶片中都具有合成阿魏酰色胺的功能。烟草瞬时表达实验证明HvMYB在烟草中可以上调苯丙烷核心途径结构基因以及酚胺合成相关的酰基转移酶基因的表达,从而正调控酚胺的合成。酵母单杂实验证明HvMYB可以直接结合到Hv4CL1的启动子上。本研究不仅为理解植物如何适应紫外胁迫提供了新视角,也为“代谢组学辅助育种”提高作物在逆境中的表现提供了新思路。