大花君子兰(Clivia miniata)是兼具药用和观赏价值的“十大年宵花卉”之一。彩叶君子兰(Clivia miniata var.variegata,彩兰)是大花君子兰的突变体,其典型植株具备黄绿相间条纹叶。彩兰条纹表型呈母系遗传,条纹叶形成机理有待研究。本研究采用高通量叶绿体基因组测序、高通量转录组测序、PCR、一代测序和生物信息学分析的方法揭示条纹表型形成机理。主要结果如下:(1)通过高通量测序获得了大花君子兰及彩兰的叶绿体基因组(cp DNA)全长序列(158,114 bp或157,689 bp)。利用在线工具Ge Seq对大花君子兰和彩兰cp DNA中的基因进行注释,获得135个功能基因。基于野生型大花君子兰和彩兰的cp DNA全长进行简单序列重复(SSR)、密码子偏好性和系统发育分析。结果发现野生型大花君子兰cp DNA中共有61个SSR位点。在大花君子兰cp DNA的88个蛋白编码基因中,共检测到26,419个密码子。大花君子兰cp DNA密码子偏爱以A或U(T)结尾,亮氨酸(Leu)的密码子使用频率最高。大花君子兰与石蒜科植物在同一分支,显示最近的亲缘关系,支持大花君子兰属于石蒜科。基于叶绿体ycf2的系统发育分析结果与基于cp DNA全长的系统发育分析研究结果大部分相同,支持ycf2基因可以代替cp DNA全长用于植物系统发育分析。彩兰的主要结果与上述结果相同,仅在密码子数和SSR位点数与野生型有差异,在彩兰叶片黄条纹区cp DNA共检测到密码子26,273个,SSR位点62个。(2)转录组高通量测序、PCR及一代测序均显示与野生型大花君子兰相比,彩兰叶片黄色条纹区的叶绿体rpo C2基因编码区缺失425 bp,绿色条纹区该基因正常,且该缺失可以通过母本遗传给子代。对大花君子兰cp DNA差异热点区进行分析,发现10个差异热点区,其中包括检测到的突变基因rpo C2。因为rpo C2编码叶绿体大肠杆菌样RNA聚合酶(PEP)β″亚基,推测425bp缺失可能会导致叶绿体基因转录出现异常。高通量转录组测序(RNA-seq)检测到rpo C2的转录本,该转录本在彩兰黄色条纹区的缺失情况和基因一致,该基因表达在彩兰黄绿条纹区无显著差异。425 bp缺失导致其转录本由原来的4,125 nt变成3,700 nt。最终翻译的蛋白质由1,384个氨基酸缩短为299个氨基酸。软件分析显示该缺失导致RPOC2蛋白二级结构和三维结构发生了改变。RNA-seq分析发现彩兰同一叶片黄绿条纹区表达显著差异的叶绿体基因(cp DEGs)共28个,在黄色条纹区均表现为下调表达,28个cp DEGs包括:(1)光系统I相关基因psa A、psa B和psa C;(2)光系统II相关基因psb A、psb B、psb C、psb J、psb N、psb T、psb M和psb Z;(3)细胞色素b/f复合体基因pet A、pet B、pet D、pet N和pet G;(4)编码ATP酶基因atp A、atp B、atp I、atp H和atp F;(5)膜蛋白基因cem A;(6)编码核糖体蛋白小亚基基因rps14;(7)编码NADH氧化还原酶基因ndh K;(8)转移RNA基因trn L-UAA;(9)二磷酸核酮糖羧化酶大亚基基因rbc L;(10)核糖体RNA基因rrn16和rrn23。启动子分析发现上述光系统I和II、细胞色素b/f复合物及核糖体合成相关cp DEGs只能被PEP单独转录;pet A、atp A、atp F、atp H、atp I、cem A、ndh K、16Sr DNA和23Sr DNA能被PEP和NEP联合转录;而atp B只能被NEP转录。提示多数cp DEGs是由rpo C2缺失突变直接引发,少数(atp B)由突变间接引发。综上,rpo C2表达产物为PEP的β″亚基。推测大花君子兰叶绿体基因rpo C2的425bp缺失突变导致叶绿体光合作用相关基因(包括大多数光系统I和II基因psa A、psa B、psa C、psb A、psb B、psb C、psb J、psb N、psb T、psb M和psb Z)表达显著下调,叶绿体结构异常,最终叶片呈现黄色。本研究挖掘彩兰条纹叶表型遗传基础,并建立彩兰特殊表型遗传的机理模型图,为最终揭示彩叶形成分子机理和观赏植物的彩叶育种奠定基础。