柑橘是最重要的园艺植物之一，其果实具有较高的经济价值和营养价值。柑橘中丰富多样的类胡萝卜素是其主要特征。过去，柑橘类胡萝卜素的研究主要集中在代谢通路的解析和调控机理上，对类胡萝卜素的检测分析水平依然停留在色谱水平，远远不能满足对其深入研究的需求。同时，有色体是一类大量积累类胡萝卜素的非光合作用质体，但是对于有色体中参与类胡萝卜素代谢的超微结构质体小球的特征以及作用机理研究不够深入。本研究以甜橙、橘和柚等为主要实验材料，通过植物化学、系统生物学和分子生物学等技术和方法，系统地分析了主要柑橘品种中类胡萝卜素的代谢特征，从蛋白组、脂质组以及转录组水平揭示了有色体质体小球的主要特征和参与类胡萝卜素代谢的机理，从代谢库的角度为柑橘类胡萝卜素代谢的研究提供了新的视角，主要结果如下：
　　1.多萜代谢组学方法的建立与应用
　　利用植物化学方法，建立了适合高分辨质谱分析的柑橘类胡萝卜素提取、分离、波谱解析和统计分析的技术路线，解析了多萜的断键规律并建立多萜代谢组学方法。对主要柑橘品种中的多萜进行质谱分析，总结和归纳了多萜物质在高分辨质谱中的断键规律，运用该方法共检测到一百余种类胡萝卜素(包含类胡萝卜素酯)和23种三萜类衍生物(柠檬苦素类化合物)，通过代谢组学分析，揭示了纽荷尔甜橙、高班柚和温州蜜柑的特征性类胡萝卜素。其中，甜橙类胡萝卜素表现出杂交后代的特征，类胡萝卜素种类多于橘和柚，且含量分布相对均匀，具有杂交后代的超亲优势特征。
　　2．有色体中质体小球的分离纯化
　　为了深入分析参与类胡萝卜素代谢的超微结构质体小球，我们建立了一套完整的甜橙质体小球分离纯化流程。对初步分离的有色体进行液氮速冻，然后超低温处理1.5h，通过超声破碎之后释放质体小球，将得到的质体小球的粗提液置于离心管底部，依次覆上15%、12.5%、10%和5%的Nycodenz梯度液，30000g相对离心力，4℃条件下超速离心得到浮于离心管顶部的质体小球富集液。对离心之后的缓冲液，进行分层取样，通过WesternBlotting(蛋白免疫印迹)分析发现最上层为有色体质体小球，有色体膜结构和基质也同时被分离，主要集中在离心管中部和底部。
　　3.柑橘质体小球特征分析及参与类胡萝卜素代谢的研究
　　质体小球的分离纯化为后续深入分析奠定了基础。将得到的有色体各个组分进行系统生物学分析(蛋白组、脂质组和转录组)，首次定义了柑橘中质体小球的44个核心蛋白和脂质组分(主要为三酰甘油TAG，triacylglycerol)，结合转录组分析，揭示了质体小球在果实发育时期主要功能是参与物质的合成与代谢。在比较蛋白组分析中发现参与类胡萝卜素代谢的酶主要集中在有色体膜结构中，部分在有色体基质中。脂质组数据分析结果显示质体小球中的主要脂类物质可能来源于有色体膜结构。根据蛋白组和脂质组结果我们推测质体小球在有色体中可能主要在膜结构上形成。核心蛋白中的ELTs(Esterases/lipases/thioesterase)蛋白家族可能参与质体小球类胡萝卜素积累，其中CsELT1在蛋白和转录水平显著高于其他四个成员，亚细胞定位验证结果显示CsELT1/2/3与质体小球标志蛋白共定位。在柑橘愈伤中超表达CsELT1进行功能分析，发现愈伤中脂类物质和类胡萝卜素增加；为了进一步验证该蛋白是否具有催化类胡萝卜素酯的功能，通过酵母和类胡萝卜素工程菌实验结果显示，其并不能催化类胡萝卜素酯的形成。CsELT1可能通过参与脂类物质的合成而促进类胡萝卜素积累。
　　基于以上结果，我们首次提出了有色体中质体小球的模型。在有色体内部质体小球的形成与膜结构息息相关。质体小球自身并不形成类胡萝卜素和中性脂质，其主要代谢物都来源于有色体膜结构，质体小球在有色体内部与膜结构相连，然后将膜上形成的类胡萝卜素和部分与类胡萝卜素相互作用的脂类物质储藏在质体小球中，在特定条件下质体小球从膜结构上分泌出来，既避免了在膜结构上积累过量的类胡萝卜素而对细胞产生毒害作用，同时也促进类胡萝卜素高效合成和储藏。其中，质体小球核心蛋白在行使以上功能中扮演特殊的角色。例如，ELTs蛋白家族通过促进脂类物质的合成来增加类胡萝卜素的储藏能力；FBNs蛋白家族可能参与质体小球的形成以及类胡萝卜素和脂类物质的转运等。