紫草科植物是重要的药用植物，其根部或M9培养基中暗培养条件下的细胞可产生红色的萘醌类色素—紫草宁及其衍生物，它们具有抗菌、消炎、活血、抗肿瘤等多种功效，同时还可作为一种优质的天然色素应用于食品、化妆品添加剂等。研究表明，光对紫草宁的合成起着迅速、可逆的负调控作用，然而，对于光信号在紫草宁合成代谢中的分子调控机制还知之甚少。因此，研究光信号对紫草宁合成调控的分子机制，将为合理调控紫草宁的合成及其他植物中受光信号调控的次生代谢研究奠定重要的理论基础。目前已经清楚了紫草宁生物合成的基本途径，并分离和鉴定了一些与紫草宁合成相关的代谢酶及其基因，但这些研究主要局限在对单个基因的表达调控层次上。功能基因组学的出现，以及随之而发展起来的分子生物学新技术，为大规模地克隆和研究基因的转录表达提供了新的手段，开辟了以揭示基因的表达，功能调控机制，及相互作用为目标的一个崭新领域。 本文以滇紫草高产细胞系YN12为材料，研究了红光，蓝光和白光对紫草宁的产量及3个相关的代谢酶：PAL，4CL1和PHB—geranyltransferase活性的影响，并联合应用了SSH和cDNA芯片等先进技术，对在黑暗和光照培养条件下差异表达的基因进行了大规模的表达谱分析，鉴定了一系列与紫草宁的生物合成相关或可能相关的基因，为从分子水平上研究并调控紫草宁及其它次生代谢物的合成提供了理论依据。研究表明，不同波长的光源对紫草宁的合成都具有强烈的抑制作用。白光和蓝光完全抑制了紫草宁的产生；红光也显著降低了紫草宁的产量。红光培养15天时，对紫草宁产量的抑制效应达到了71.9％。黑暗培养时，大部分合成的紫草宁留在细胞内，培养15天时，分泌到培养基中的色素含量仅占总量的1/5左右；而红光培养条件下，大约一半的紫草宁的被分泌到培养基中。不同波长的光源对紫草宁形成相关的不同代谢酶有着不同的调控模式。黑暗培养条件下，苯丙素代谢途径的起始酶—PAL的活性在培养前期迅速上升然后维持一定的水平。与黑暗培养相比，红光从第5天开始显著抑制了PAL的活性，PAL活性的变化趋势与黑暗培养相似；而蓝光和白光在培养前期对PAL活性的影响不显著，在培养第15天却显著促进了PAL的活性，随着时间的变化，PAL的活性呈上升的趋势。4CL1的活性在黑暗和红光培养条件下没有差异，且随着时间的增加4CL1的活性保持不变；而蓝光和白光能促进4CL1的活性，从第5天开始达到显著水平；且随着时间的变化，4CL1的活性逐渐上升。相对于能够产紫草宁的黑暗培养条件，对羟基苯甲酸香叶基转移酶PHB—geranyltransferase的活性在不同的光源下均被强烈抑制。只有在第5天，白光对PHB—geranyltransferase的抑制作用与红光有显著性差异，在其他天数，三种光源之间没有显著性差异。结合前人的研究成果，可以推测，PHB—geranyltransferase是紫草宁合成代谢途径中关键而重要的酶，是紫草宁产量的限速酶。 本研究成功构建了黑暗和光照培养条件下滇紫草高产细胞系YN12的SSH文库，并通过cDNA微阵列技术研究了500个差异表达克隆分别在白光，蓝光和红光培养条件下的表达情况，分析和鉴定了一系列差异表达的基因，包括OpDI类基因、OpPS家族基因、POD家族基因、转录因子基因以及几个新基因，为进一步研究这些基因的功能提供了先决条件。结果表明，这些基因在不同的光源下均受到了显著的抑制效应，但在不同光源培养时这些基因的表达谱表现出复杂的模式。如白光对OpDI-1基因表达的抑制率高于蓝光和红光；无论白光、蓝光还是红光，对OpDI-2基因表达均表现出强烈的抑制效应；对OpDI-3基因来讲，白光和蓝光的抑制效应要高于红光；而对OpDI-5基因，蓝光的抑制效应优于白光和红光。由此可见，不同波长的光源可能通过不同的信号转导途径及表达调控机制调控目的基因的表达，这方面的研究亟需探讨。