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全红杨(Populu.，deltoides，‘Ouanhong’)和炫红杨(Populus deltoides‘Xuanhong’)为美洲黑杨优良品种2025杨(中林2025)(Populus deltoides cv.‘Zhonglin2025，)的芽变彩叶品种。全红杨春季叶片呈紫红色，夏季为紫绿色，秋季逐渐变为橙黄色;炫红杨较全红杨叶色更加亮丽持久，时一片颜色从萌芽期的鲜红色逐步变为落叶期的橙红色或橙黄色。它们具有色彩靓丽、树形优美的优良特性，在园林绿化中应用前景广阔。但在苗木生产与应用中发现，全红杨和炫红杨的生长势都显著低于中林2025。为了揭示红叶杨与中林2025之间叶色和生长差异的生理和分子机制，以全红杨和炫红杨1年生苗为试材，以中林2025的1年生苗为对照，对其表型性状、光合作用参数及叶绿素荧光参数等生理指标进行测定，阐明红叶杨叶色形成和生长受抑制的生理原因;通过转录组测序和蛋白质测序，筛选出控制红叶杨叶色形成和光合能力下降的关键基因和蛋白。主要研究结果如下:
(1)炫红杨和全红杨的生长量显著低于中林2025(p＜0.01)，1年生苗高生长量分别为中林2025的l7.95％和32.79％，地径生长量分别为中林2025的32.49％和57.63％，叶片数分别为中林2025的28.8l％和29.22％的，叶面积分别为中林2025的39.68％和48.78％。
(2)炫红杨和全红杨的花色素苷含量远远高于中林2025;三个杨树品种的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量均为全红杨＞中林2025＞炫红杨，其中炫红杨极显著低于全红杨和中林2025。炫红杨的叶片呈红色，其花色素苷与叶绿素的比值(Ant/Chl)为12.9;全红杨叶片1呈紫红色，其比值为2.7;中林2025呈绿色，其比值为O.4。较高的花色素苷含量是炫红杨、全红杨呈现红色的主要原因之一。全红杨叶片偏紫色是由于其叶片中既含有较高的叶绿素又含有较高的花色素苷。
(3)三个杨树品种的净光合速率在5月、7月、9月均表现为，全红杨和炫红杨显著低于中林2025;炫红杨低于全红杨，但二者之间差异不明显。5月和7月中林2025和全红杨的净光合速率日变化为双峰曲线，存在光合“午休”现象，炫红杨的净光合速率日变化为单峰曲线;9月三个杨树品种的净光合速率日变化均为单峰曲线。中林2025和全红杨出现“光合午休”时，Gs处于下降状态，同时其Ci呈上升趋势，表明“光合午休”主要是受非气孔限制因素影响。
(4)炫红杨在红光区域有明显的反射峰，对红光的吸收率低，影响其光合速率。
全红杨可见光范围内无明显的光谱反射峰，对可见光的吸收能力很强。与中林2025相比，全红杨的PSII调节性能量耗散的量子产Y(NPQ)大、PSII实际光合效率(YII)低，导致全红杨的光合系统PSII的热耗散的能量多，实际光能转换效率低，光合能力低下。
(5)对两种红叶杨以及中林2025杨的叶片进行转录组测序结果显示，共获得了大约58.6G的Clean bases，平均每个样品的数据量约为6.5G。所有样品的测序错误率、Q20值、Q30值以及GC含量都在合理的范围内，并且每个样品的测序reads成功比对到毛果杨参考基因组的比例部高于80％。通过差异筛选，全红杨和炫红杨分别获得6792条和4398条差异表达基因，两种红叶杨共有的差异表达基因2779条。GO注释、KEGG富集分析结果表明，全红杨和炫红杨中的差异表达基因分别娃著富集到了2l和18条代谢途径，其中都包含光合生物中碳固定、氨基酸生物合成、次生代谢物生物合成、代谢途径、碳代谢、糖酵解途径、酪氨酸代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、异喹啉类生物碱生物合成、类黄酮生物合成以及α-亚麻酸代谢途径。两种红叶杨相比较而言，全红杨中差异表达基因显著富集到了较多的Go terms和代谢途径。
(6)通过TMT标记分别从全红杨和炫红杨中筛选得到2786条和2333条差异表达蛋白。对其进行了GO和KEGG富集分析显示，全红杨和炫红杨中差异表达蛋白分别显著富集到48条和26条代谢途径，其中共同拥有碳代谢、代谢途径和次生代谢产物的生物合成等25条代谢途径。
(7)对转录组和蛋白质组进行联合分析结果显示，全红杨和炫红杨与中林2025对比的基因中分别包含了98.70％和98.75％的蛋白。全红杨和炫红杨中的基因和蛋白显著富集到了光合作用、苯丙烷类代谢和类黄酮合成等重要的代谢途径。在全红杨的光合作用通路中除了几6尺基因发生显著上调外，多个叶绿体蛋白编码基因发生显著下调，炫红杨中有更多亚基蛋白的表达量显著下降，说明两种红叶杨电子传递和光合磷酸化过程受到了较大影响，从而降低了光合能力。
(8)分别从全红杨和炫红杨中鉴定得到了15个和11个基因和蛋白参与了控制花青素的合成，包括PAL、CHS、CHI、F3H、F3‘H等。在色素代谢通路中，全红杨中控制花色素苷合成的PAL、CHS、CH4、CHI、F3H、F3’H和DFR基因与蛋白表达量都显著上调;在炫红杨中，PAL、CHS、CHI、F3H、F3‘H、DFR和ANS基因与蛋白的表达量显著上调，说明红叶杨叶片呈色与多个控制花青素结构基因的上调表达密切相关。基于联合分析的结果，TTG2，HYH和HY5三个转录因子在控制花青素合成过程中可能发挥着重要的调控作用。
(1)炫红杨和全红杨的生长量显著低于中林2025(p＜0.01)，1年生苗高生长量分别为中林2025的l7.95％和32.79％，地径生长量分别为中林2025的32.49％和57.63％，叶片数分别为中林2025的28.8l％和29.22％的，叶面积分别为中林2025的39.68％和48.78％。
(2)炫红杨和全红杨的花色素苷含量远远高于中林2025;三个杨树品种的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量均为全红杨＞中林2025＞炫红杨，其中炫红杨极显著低于全红杨和中林2025。炫红杨的叶片呈红色，其花色素苷与叶绿素的比值(Ant/Chl)为12.9;全红杨叶片1呈紫红色，其比值为2.7;中林2025呈绿色，其比值为O.4。较高的花色素苷含量是炫红杨、全红杨呈现红色的主要原因之一。全红杨叶片偏紫色是由于其叶片中既含有较高的叶绿素又含有较高的花色素苷。
(3)三个杨树品种的净光合速率在5月、7月、9月均表现为，全红杨和炫红杨显著低于中林2025;炫红杨低于全红杨，但二者之间差异不明显。5月和7月中林2025和全红杨的净光合速率日变化为双峰曲线，存在光合“午休”现象，炫红杨的净光合速率日变化为单峰曲线;9月三个杨树品种的净光合速率日变化均为单峰曲线。中林2025和全红杨出现“光合午休”时，Gs处于下降状态，同时其Ci呈上升趋势，表明“光合午休”主要是受非气孔限制因素影响。
(4)炫红杨在红光区域有明显的反射峰，对红光的吸收率低，影响其光合速率。
全红杨可见光范围内无明显的光谱反射峰，对可见光的吸收能力很强。与中林2025相比，全红杨的PSII调节性能量耗散的量子产Y(NPQ)大、PSII实际光合效率(YII)低，导致全红杨的光合系统PSII的热耗散的能量多，实际光能转换效率低，光合能力低下。
(5)对两种红叶杨以及中林2025杨的叶片进行转录组测序结果显示，共获得了大约58.6G的Clean bases，平均每个样品的数据量约为6.5G。所有样品的测序错误率、Q20值、Q30值以及GC含量都在合理的范围内，并且每个样品的测序reads成功比对到毛果杨参考基因组的比例部高于80％。通过差异筛选，全红杨和炫红杨分别获得6792条和4398条差异表达基因，两种红叶杨共有的差异表达基因2779条。GO注释、KEGG富集分析结果表明，全红杨和炫红杨中的差异表达基因分别娃著富集到了2l和18条代谢途径，其中都包含光合生物中碳固定、氨基酸生物合成、次生代谢物生物合成、代谢途径、碳代谢、糖酵解途径、酪氨酸代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、异喹啉类生物碱生物合成、类黄酮生物合成以及α-亚麻酸代谢途径。两种红叶杨相比较而言，全红杨中差异表达基因显著富集到了较多的Go terms和代谢途径。
(6)通过TMT标记分别从全红杨和炫红杨中筛选得到2786条和2333条差异表达蛋白。对其进行了GO和KEGG富集分析显示，全红杨和炫红杨中差异表达蛋白分别显著富集到48条和26条代谢途径，其中共同拥有碳代谢、代谢途径和次生代谢产物的生物合成等25条代谢途径。
(7)对转录组和蛋白质组进行联合分析结果显示，全红杨和炫红杨与中林2025对比的基因中分别包含了98.70％和98.75％的蛋白。全红杨和炫红杨中的基因和蛋白显著富集到了光合作用、苯丙烷类代谢和类黄酮合成等重要的代谢途径。在全红杨的光合作用通路中除了几6尺基因发生显著上调外，多个叶绿体蛋白编码基因发生显著下调，炫红杨中有更多亚基蛋白的表达量显著下降，说明两种红叶杨电子传递和光合磷酸化过程受到了较大影响，从而降低了光合能力。
(8)分别从全红杨和炫红杨中鉴定得到了15个和11个基因和蛋白参与了控制花青素的合成，包括PAL、CHS、CHI、F3H、F3‘H等。在色素代谢通路中，全红杨中控制花色素苷合成的PAL、CHS、CH4、CHI、F3H、F3’H和DFR基因与蛋白表达量都显著上调;在炫红杨中，PAL、CHS、CHI、F3H、F3‘H、DFR和ANS基因与蛋白的表达量显著上调，说明红叶杨叶片呈色与多个控制花青素结构基因的上调表达密切相关。基于联合分析的结果，TTG2，HYH和HY5三个转录因子在控制花青素合成过程中可能发挥着重要的调控作用。