烟草是一种重要的经济作物,次级代谢产物如类黄酮物质对其香味具有重要影响,尤其芦丁已被证明是其重要致香物质。目前对烟草致香物质的研究多偏重致香物质含量与环境因子的关系,对烟草致香物质合成与代谢的机理尚缺乏深入研究。本研究通过同源克隆获得NtUGT1基因的编码区,构建其植物表达载体转化烟草,通过抗性筛选获得30个转基因株系。经过荧光定量PCR分析后选择三个株系GT3、GT18和GT27用于后续分析,其NtUGT1基因的表达水平是空载体对照株的10-150倍左右。克隆验证NtUGT1基因的功能,有助于增强对烟草类黄酮物质合成过程的理解,具有较强的科学意义,同时也可为改良烟草香气品质提供理论依据,具有潜在的应用价值。NtUGT1基因过表达抑制香豆酰CoA生成二氢山奈酚过程的结构基因NtCHS, NtCHI和NtF3H的表达,促进诱导花青素合成途径的关键酶二氢黄酮醇-4-还原酶NtDFR1和花青素合酶NtANS1基因表达。通过荧光定量PCR对转NtUGT1基因烟草叶片中类黄酮合成途径相关基因的表达水平进行分析,结果表明从香豆酰CoA生成二氢山奈酚过程的结构基NtCHS、NtCHI和NtF3H基因的表达水平受到不同程度的抑制,这表明下游NtUGT1基因的过表达并未诱导类黄酮合成途径上游基因的表达,这可能与类黄酮合成途径的调控机制非常复杂有关。转基因烟草中黄酮醇合酶基因NtFLS的表达水平上升,这表明黄酮醇物质被糖基化后含量减少可能诱导其合成酶表达。同时,黄酮醇代谢途径被增强后可能导致花青素物质合成的代谢流减少,诱导花青素合成途径的关键酶二氢黄酮醇-4-还原酶NtDFR1和花青素合酶NtANS1基因表达水平上调。转基因烟草叶和花的类黄酮含量变化显著不同,叶片类黄酮均呈下降趋势,花的类黄酮变化有差异。通过液相色谱-质谱联用(LC-MS)测定转基因烟草类黄酮含量,其叶片中二氢山奈酚,山奈酚-3-芸香苷,二氢槲皮素,槲皮素-3-芸香苷(芦丁)等均呈下降趋势,而花中类黄酮含量变化有差异,如二氢山奈酚、山奈酚、山奈酚-3-芸香苷比对照增加1.2倍左右,而二氢山奈酚-3-葡萄糖苷、山奈酚-3-葡萄糖苷降低,分别降低为对照42%,37%,二氢槲皮素无明显变化,槲皮素降低约为对照70%左右,槲皮素-3-芸香苷(芦丁)比对照略微增加。叶片和花中类黄酮物质变化趋势并不一致,这表明烟草叶片与花中类黄酮合成网络可能存在较大差异,如在叶片中未检测出山奈酚与槲皮素,而花中未检测出槲皮素-3-葡萄糖苷,同时如金丝桃苷、木犀草素仅在花中被检测出。根据峰面积数据比较可发现二氢山奈酚和二氢槲皮素在花中的含量显著高于叶片中,其余许多代谢物在花中的含量均比叶片中高,这表明花中类黄酮合成途径更为活跃。烟草糖基转移酶基因NtUGT1过量表抑制了类黄酮合成途径上游酶基因NtCHS、NtCHI和NtF3H表达,促进了旁支花青素合成途径关键酶NtDFR1和NtANS1基因表达。这些基因表达的变化最终导致烟草叶片二氢山奈酚、山奈酚-3-芸香苷、二氢槲皮素和槲皮素-3-芸香苷(芦丁)含量下降,但在烟草花中二氢山奈酚、山奈酚、山奈酚-3-芸香苷和槲皮素-3-芸香昔(芦丁)含量增加。