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枣(Ziziphus jujuba Mill.)是原产我国的特色优势干果树种,其栽培面积占世界98%以上。枣果甘甜如蜜,营养保健价值高,枣果皮红色,颜色纯正、喜庆,是一种具深厚中国文化内涵的“中国红”,深受人们喜爱。枣红色素是我国独具产业化开发优势的天然色素。但由于对枣红色素的组分及其形成机理不清楚,阻碍了枣红色素的深度开发利用。本文以我国著名枣品种‘冬枣’为试材,利用石蜡切片、冷冻切片及转录组、代谢组等技术手段,分析了枣果实着色过程中,枣果皮营养成分的变化,确定了枣红色素的沉积部位,揭示了枣果皮类黄酮类色素及木质素的组分、生物合成及转录调控,挖掘出调控枣果皮着色的候选关键基因,旨在为枣红色素的科学开发利用提供理论基础。主要研究结果如下:1.枣果皮着色过程中,主要营养成分的含量发生显著变化。总类黄酮、总类胡萝卜素、纤维素等物质的含量逐渐降低,可溶性糖、苹果酸、氨基酸、木质素等物质含量逐渐升高,果皮着色与营养成分的变化有一定相关性。2.枣红色素沉积在木质化的果皮细胞中。枣果皮细胞由1层角质层细胞和5～6层表皮细胞组成。随果皮着色,细胞层数不变,厚度降低,细胞壁增厚,细胞木质化,整个细胞充满色素类物质,尤其细胞壁周围色泽更深,可能是难降解的木质素或木质素与色素的高聚物沉积的结果,进而导致枣红色素提取后残渣仍有厚重颜色附着,木质素对枣果皮呈色起一定作用。3.类黄酮类色素在枣果皮着色过程中起重要作用。利用广泛靶向代谢组技术,分析了冬枣三个时期四种试材(白色期果皮、半红期未着色面果皮、半红期着色面果皮、全红期果皮)代谢物的变化,发现类黄酮生物合成代谢通路被显著富集。进一步研究发现3个花色苷类物质(花翠素、花翠素3-O葡糖苷、二甲花翠素3-O葡糖苷)、3个黄酮醇类物质(异鼠李素O-己糖苷、异鼠李素5-O己糖苷、异鼠李素3-O葡萄糖苷)和3个黄酮类物质(木犀草素、C-己糖基-木犀草素C-戊糖苷、8-C-己糖苷-木犀草素O-己糖苷)在果皮中的累积与着色显著正相关,初步明确花翠素、异鼠李素、木犀草素及其糖苷可能是冬枣红色素的主要组分,枣果皮变红是花色苷、黄酮醇、黄酮等多种类黄酮综合作用的结果。4.挖掘出枣果皮类黄酮类色素合成的关键基因及转录因子。基于高通量转录组测序技术,研究分析了着色果皮和未着色果皮间的差异表达基因,发现类黄酮类色素生物合成途径中大部分结构基因在白色期表达丰度较高,随果皮着色表达下调或沉默,而 3 个 UFGT 结构基因(LOC107427037、LOC107406597 和 LOC107427038)随果皮着色表达量显著上调,初步确定CUFGTs是枣红色素合成的关键基因。进而对候选转录因子的表达模型进行相关分析,挖掘出潜在正向调控枣果皮着色的R2R3MYB 转录因子 2 个(LOC107434709、LOC107404750)和 bHLH 转录因子 3个(LOC107407443、LOC107423582 和 LOC107423649)。5.初步确定枣果皮木质素类型及合成关键候选基因。通过对木质素生物合成代谢通路中13种代谢中间产物和相关基因表达量进行综合分析,发现冬枣果皮木质素主要以愈创木基木质素和紫丁香基木质素的混合体为主,枣果皮木质素主要是G-S 型木质素;发现 1 个 F5H(LOC107424406)、2 个 CCR(LOC107420974 和LOC107412471)、3 个POD(LOC107425304、LOC107421730、LOC107419925)基因表达量随果皮着色上调,1个C4dD(LOC107426959)基因表达与对香豆醇含量呈正相关,推测F5H是S-木质素合成关键基因,CCR是G-S木质素合成关键基因,正向调控F5H和CCR,可促进木质素合成。筛选出与次生细胞壁形成及细胞程序化死亡相关的NAC转录因子2个(LOC107435239和LOC107417668),挖掘出潜在正向调控促进木质素合成的MYB转录因子1个(LOC107425254)。6.挖掘出2个MYB转录因子(LOC107415776和LOC107404478),与已经被证明可正向调控花色苷、负向调控木质素合成的PtrMYB6转录因子序列相似度高、表达模式一致,推测其通过正向调控类黄酮类色素合成、负向调控木质素合成,促进枣果皮着色。