黄芩（Scutellaria baicalensis Georgi）为唇形科黄芩属多年生药用植物,富含黄芩苷、黄芩素等类黄酮化合物,具有极高的药用价值和经济价值。自然条件下黄芩花瓣呈现紫色或蓝紫色,但课题组成员在田间发现极少数黄芩植株呈现白花和紫红花的变型。为深入解析同一生态环境下黄芩花色差异变化机理,本研究以黄芩不同颜色花瓣（紫色、紫红色和白色）为研究材料,采用转录组学和代谢组学联合分析,筛选参与黄芩花色苷生物合成的关键调控基因,并对关键调控基因进行克隆和初步功能验证。研究结果一方面从分子水平解析黄芩花色差异变化的机理;另一方面为合理开发利用黄芩花色苷等类黄酮化合物提供理论依据。主要实验结果如下:1.利用代谢组学和转录组学技术,对紫色、紫红色和白色三种不同花色黄芩的类黄酮次生代谢物和基因进行鉴定和分析。结果表明,共鉴定出168种代谢产物,获得56.47Gb clean data,根据|Log2FC|≥1和P＜0.05的标准,对不同花色黄芩间差异代谢物和差异表达基因进行筛选,并进一步进行KEGG通路富集分析,发现均主要富集在类黄酮合成途径和花色苷等合成途径。2.通过对不同花色黄芩中类黄酮合成途径上的差异代谢物和差异基因进行联合分析,发现花色苷矢车菊素3-芸香苷和飞燕草素的积累与黄芩花色变化有关。进一步通过对类黄酮生物合成途径中关键基因的分析,发现SbDFR、SbANS和Sb3GT基因在黄芩花色苷积累过程中发挥至关重要的作用。3.以紫花黄芩花瓣cDNA为模板,基于同源克隆技术从中克隆获得SbDFR的CDS区全长1167 bp,编码388个氨基酸;SbANS的CDS区全长1050 bp,编码349个氨基酸;Sb3GT的CDS区全长1374 bp,编码457个氨基酸。生物信息学分析表明,均具有相应蛋白家族中的结合、活性位点及保守结构域,且二级结构均由α-螺旋、β-转角、延伸链和无规则卷曲四种构象构成。进化上均与同为唇形科植物亲缘关系最近。4.对黄芩不同花发育时期中花色苷含量进行测定,发现花色苷含量随花瓣发育进程不断积累,在盛花期含量达到最高。且在盛花期时,紫花黄芩中花色苷含量最高,为9.05g/FW,紫红花为7.80 g/FW,白花黄芩中花色苷含量最少,为0.51 g/FW,显著低于紫花和紫红花中的花色苷含量,符合花瓣表观颜色变化规律。5.利用qRT-PCR技术对三种花色黄芩中的SbDFR、SbANS和Sb3GT进行时空表达模式分析。发现SbDFR、SbANS和Sb3GT三个基因在三种花色黄芩的不同组织均有表达,但都在花瓣中的相对表达量最高。同时,测定三种基因在不同花发育时期的表达量,发现除白花Sb3GT外,其余基因都在不同花色黄芩花发育进程中的F4期表达量达到最高。6.利用同源重组技术将SbDFR、SbANS和Sb3GT基因构建到植物表达载体pCAMBIA1302-GFP中,通过农杆菌侵润烟草进行瞬时表达分析,发现重组质粒pCAMBIA1302-SbDFR、pCAMBIA1302-SbANS和pCAMBIA1302-Sb3GT在烟草叶片中瞬时表达后,其花色苷含量均增加,初步说明了SbDFR、SbANS和Sb3GT的基因在花色苷合成途径中的功能作用。