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地黄（Rehmannia glutinosa Libosch.）为玄参科地黄属多年生草本植物,是常用的大宗药材。地黄在我国产区广泛,主要分布于河南、陕西和山西等多个省区,其中以河南温县、武陟、博爱县等所产的怀地黄品质最佳。地黄多以块根入药,具有抗心血管疾病、增强免疫力、抗高血压等多种药用价值,其药效与其化学成分关系密切。毛蕊花糖苷作为地黄的重要药效成分之一,具有抗炎、抗氧化和抗肿瘤等药理活性,然而地黄作为非模式植物,至今全长转录组数据库还未建立,地黄毛蕊花糖苷生物合成途径中一些下游途径的关键酶及其相应的基因还未被挖掘。另一方面,地黄品种混杂和退化影响地黄产量与质量,需要探索有效的品种鉴定方法与发现具有有益性状的野生品种资源,解决其混杂和退化问题。本研究以怀地黄、萘乙酸处理的地黄和野生地黄为材料,采用全长转录组测序技术建立地黄转录组数据库,从中挖掘毛蕊花糖苷生物合成下游关键酶基因;用CRISPR/Cas9技术解析其中UDP-鼠李糖:鼠李糖基转移酶基因（Rg URT）的功能,建立地黄基因编辑技术体系;用广泛靶向代谢组学技术对栽培型与野生型地黄之间的化学成分进行了差异研究。研究获得的主要结果如下:1、基于SMRT技术和Pac Bio Sequel高通量测序平台进行怀地黄品种‘金九’的全长转录组测序,得到26.61Gb的Clean reads数据,96,548条高质量一致序列,61,262条非冗余转录本序列;鉴定出3,070个可变剪接、34,013个SSR位点、4,241个lnc RNA、46,412个完整CDS序列和5562个转录因子;以及56,633个转录本被注释到NR、Swissprot、GO、COG、Pfam、KOG、egg NOG和KEGG共8个数据库;基于KEGG代谢通路的注释结果,挖掘到1042条转录本参与黄酮类、生物碱类等生物合成的17个次生代谢通路,326条转录本（编码14种酶）被注释到毛蕊花糖苷合成途径中,401条转录本（编码25种酶）被注释到梓醇合成途径中。其中,候选毛蕊花糖苷合成途径下游关键酶基因有4个Rg URT基因（基因注册号:MN646769、MT767427、MT767428和MT767429）、18个羟基肉桂酰基转移酶基因（HCT）和1个具有转移咖啡酰基活性的咖啡酰-Co A:乙醇咖啡酰基转移酶基因（CCCT）。2、在茉莉酸甲酯（Me JA）溶液的相同浓度不同诱导时间下,RT-q PCR揭示毛蕊花糖苷生物合成下游途径关键酶基因URT、CCCT和HCT均表现出不同的应答水平。结果表明URT、CCCT和HCT基因的表达量均呈现“V”型变化趋势,总体表达趋势保持一致,为分析URT、CCCT和HCT基因的功能奠定了基础。3、用高效液相色谱法测定野生地黄的毛蕊花糖苷含量为0.2433%,地黄品种沁怀的毛蕊花糖苷含量为0.0101%;利用RT-q PCR技术检测两品种中URT、CCCT和HCT基因的相对表达,结果表明不同基因在不同品种中,以及相同基因在不同品种中的表达量均有所差异。与在‘沁怀’地黄中的表达量相比,URT、CCCT和HCT基因在野生地黄中表达水平均比在沁怀中的表达水平高。4、根据上述一个Rg URT基因序列,选定2个靶位点,设计2个sg RNA,成功构建CRISPR/Cas9基因编辑载体p BWA（V）HS-zmpl-URT,进一步转化农杆菌,经过酶切与PCR检测获得阳性农杆菌工程菌。采用农杆菌转化法对地黄进行转化,获得122棵候选基因编辑地黄苗,从中筛选出43棵抗潮霉素和Cas9基因检测阳性苗;提取基因组作为模板,PCR扩增目的基因中的2个编辑位点,电泳检测出43株苗均扩增出325bp和450bp的目的条带。胶回收并测序结果显示,与对照组的基因序列比对,43株苗均出现靶标PAM序列的-3和-4位的碱基改变,均为AA变为TT,基因编辑率26.23%;随机选取20株基因编辑苗进行RT-q PCR,有12株中Rg URT基因表达量显著性降低;通过HPLC技术发现有3株基因编辑苗的毛蕊花糖苷含量明显较低。移栽基因编辑苗在温室培养二月后叶片上呈现白点,体视显微镜观察结果显示叶片遭受红蜘蛛的侵害。5、以地黄‘北京3号’栽培品种和野生地黄为研究对象,用基于超高效液相色谱-质谱（UPLC-MS/MS）检测平台的广泛靶向代谢组学技术并结合HMDB、MWDB和METLIN等数据库进行二者化学成分的差异研究,初步检测到228个次生代谢物,并鉴定出58个差异显著代谢物,其中以黄酮、黄酮醇和花青素等的黄酮类化合物在地黄次生代谢产物中占主导地位。其中,原儿茶醛、苯甲酸、刺槐素、山奈苷和商陆皂苷元等40个代谢物含量在野生地黄与‘北京3号’栽培品种间存在显著性差异,为地黄标志性化学成分的筛选鉴定与质量评价提供重要依据。总之,我们建立了地黄全长转录组数据集,丰富了地黄既有数据库,为地黄的分子生物学和分子育种研究提供了丰富的基因序列资源;挖掘与验证了一些毛蕊花糖苷生物合成下游关酶基因,补充与完善了地黄毛蕊花糖苷生物合成途径及分子机制;初步建立了地黄基因编辑体系,为用基因编辑技术研究地黄基因功能与调控及遗传育种奠定了基础;建立了栽培地黄与野生地黄的广泛靶向代谢组学鉴定技术,为地黄不同品种的鉴定、化学成分分析和质量控制指标的探究提供了新手段。