楸树（Catalpa bungei C.A.Mey.）属紫葳科梓树属植物,是中国特有的珍贵用材和园林观赏树种,它分布广泛,种质资源十分丰富。金丝楸（Catalpa bungei var.）是楸树的一个地理变种,其心材呈金黄色,力学性质良好,是用途广泛的优质木材。本研究以21年生金丝楸为对象,对其边材和心材进行广泛靶向代谢组学分析,共检测到633个代谢物,其中341个代谢物的含量有显著差异。在差异代谢物中筛选与心材颜色有关的代谢物,得到13个醌类代谢物和3个黄酮类代谢物。通过对代谢物含量和颜色的分析,确定萘醌类代谢物（α-拉帕醌及其衍生物）是形成金丝楸心材颜色的主要物质。通过HPLC和正相色谱分离出金丝楸边材和心材的主要差异成分,经NMR鉴定为萘醌类化合物4,9-dihydroxy-α-lapachone。根据代谢物检测结果和文献报道,推测α-拉帕醌及其衍生物的生物合成通路为:OSB→1,4-dihydroxy-2-naphthoic acid→deoxylapachol→lapachol→α-lapachone→9-hydroxy-α-lapachone→4,9-dihydroxy-α-lapachone。Lapachol、α-lapachone、9-hydroxy-α-lapachone和4,9-dihydroxy-α-lapachone溶液颜色为浅黄色、亮黄色至玫红色,直接与金丝楸心材颜色相关。将金丝楸边材按单个生长轮分解成3部分（GS1、GS2、GS3）,心材按4-5个生长轮分解成4部分（GH1、GH2、GH3、GH4）后,利用LC-MS检测了合成通路中各代谢物的含量,除1,4-dihydroxy-2-naphthoic acid外的其余6种代谢物均检测到。通路中主要代谢物分布规律为:GS1中代谢物含量显著高于GS2和GS3,GS2和GS3之间无差异;从GH4往GH1方向,代谢物含量逐渐下降。据此推测目标代谢物只在边材中合成,且在边材向心材转变时（GS1中）达到高峰;在心材中停止合成,并逐渐降解。修订α-拉帕醌及其衍生物的生物合成通路为:OSB→OSB-Co A→DHNA-Co A→DHNA→deoxylapachol→lapachol→α-lapachone→9-hydroxy-α-lapachone→4,9-dihydroxy-α-lapachone。此外,从5.94 min质谱信号峰处分离出两个成分,主成分的分子式为C15H16O3,解析结构为2,2-dimethyl-3,5-dihydro-2H-benzo[g]chromene-5,10-diol,另一个成分的分子式为C15H14O4,推测可能是4-hydroxy-α-lapachone,它们可能也参与心材颜色形成。金丝楸心材部位未能提取出RNA,边材部位提取的RNA浓度呈现极明显的GS1＜GS2＜GS3趋势。金丝楸边材样品进行转录组测序,共鉴定出28657个基因,其中26465个比对上楸树参考基因组,2192个为新基因。从GS1 vs GS2和GS1 vs GS3中获得1502个共同差异表达基因;表达趋势分析得到8种基因表达模式,Profile 1中基因表达趋势与目标代谢物分布规律一致;加权基因共表达网络分析获得8个模块,red模块与目标代谢物呈显著正相关。上述结果的GO富集分析表明,显著性最高的GO term均为GO:0016705,功能注释与合成通路中羟化反应的化学性质相符。从3个基因集的交集中筛选出13个功能注释为CYP450的基因,作为初选基因集合;从初选基因集合中进一步筛选出5个目标CYP450基因,分别是Cbu CYP71D15、Cbu CYP82A3A、Cbu CYP82A3B、Cbu CYP81E8和Cbu CYP81E7。成功克隆得到5个目标Cbu CYP450基因,通过烟草瞬时转化试验,验证Cbu CYP82A3（Cbu CYP82A3A和Cbu CYP82A3B）和Cbu CYP71D15具有目标功能。Cbu CYP82A3催化α-lapachone→9-hydroxy-α-lapachone的羟化反应,Cbu CYP71D15催化9-hydroxy-α-lapachone→4,9-dihydroxy-α-lapachone的羟化反应,它们是催化α-拉帕醌及其衍生物的生物合成通路中最后2步反应的羟化酶。