花色是观赏植物最重要的品质性状之一。蓝色花因其稀有性和梦幻性而深受消费者喜爱,也是花卉育种中的重要育种目标。色素物质是决定花瓣呈色的重要因素,其中花青素是决定花色的主要色素群,飞燕草素苷一般赋予植物亮丽的蓝色花。菊花（Chrysanthemum×morifolium Ramat.）是世界著名的鲜切花,其舌状花因只能积累矢车菊素苷而呈现不同程度的红色。有趣的是,同为菊科的矢车菊（Centaurea cyanus L.）花瓣中也积累矢车菊素苷,却能呈现纯正亮丽的蓝色,这表明矢车菊素苷在一定条件下也能呈现蓝色。前人研究表明矢车菊中存在由矢车菊素苷、芹菜素苷和金属离子螯合而成的蓝色超分子色素,但其内部的分子调控机制尚不明晰。除经典的蓝色花外,矢车菊还具有白色、粉色、红色、紫色和墨色等丰富的花色变异,这使其成为研究花色变异的极好材料。本研究一方面探究了蓝色矢车菊花瓣发育过程中的花色变化,分析其色素成分、金属元素含量和转录本的动态变化,使用一系列分子生物学实验探究关键基因的转录调控机制,初步解析矢车菊花瓣蓝色呈色的分子机制;另一方面收集了6个不同花色的矢车菊品种,在明晰其色素成分的基础上进一步分析关键基因的表达模式和序列特征,推断矢车菊不同花色品种的类黄酮生物合成分支途径,解析矢车菊品种间花色变异的分子机制。以期通过上述品种内和品种间两个方面的比较分析初步解析矢车菊花瓣呈色的分子调控机制。本研究获得的主要结果如下:（1）蓝色矢车菊花瓣发生着由白色至红紫色最终变为蓝色的花色发育过程。使用超高效液相色谱和质谱联用技术定性和定量地分析色素成分的动态变化,结果表明蓝色和红紫色部位具有相似的芹菜素苷,但前者的矢车菊素苷积累量约是后者的2.5倍,据此推测类黄酮不同组分的含量配比可能在矢车菊花瓣的蓝色呈色中起重要作用。以同一花瓣上的白色、红紫色和蓝色部位为材进行转录组测序,经从头组装后获得了105,506条unigenes。共计挖掘了46个可能参与类黄酮生物合成的结构基因,其中参与花青素生物合成的unigenes在红紫色部位高表达,而参与芹菜素生物合成的unigenes随花色发育表达量递减。进一步通过生物信息学分析筛选了可能调控矢车菊类黄酮生物合成的5个上游转录因子,包括4个R2R3型的Cc MYBs和1个IIIf亚家族的Ccb HLH1,其表达量随花色发育呈递增趋势。此外,挖掘了8个与金属离子相关的差异表达基因,包括铁蛋白、亚铁螯合酶、液泡铁转运蛋白、镁离子转运蛋白、金属硫蛋白和金属耐受蛋白,其在红紫色和蓝色部位显著高表达,推测其可能参与了矢车菊蓝色超分子色素的形成过程。（2）为探究矢车菊类黄酮生物合成的转录调控机制,分离了关键结构基因Cc F3H、Cc DFR和Cc FNS的启动子序列,生物信息学分析结果表明其上存在多个MYB和b HLH蛋白识别位点;双荧光素酶实验结果表明Cc MYB6-1可显著激活Cc F3H和Cc DFR的启动子活性,其与Ccb HLH1共同注射后可显著增强该激活活性;瞬时表达实验结果显示Cc MYB6-1和Ccb HLH1组合后可显著诱导烟草叶片中花青素的积累;进一步的酵母双杂交和双分子荧光互补实验均表明二者间存在蛋白互作关系,至此在矢车菊中鉴定了两个正向调控花青素生物合成的转录因子Cc MYB6-1和Ccb HLH1。此外,5个候选转录因子均不能激活助色素生物合成关键结构基因Cc FNS的启动子活性,表明矢车菊花青素和助色素的生物合成存在不同的转录调控机制。（3）收集了6个不同花色的矢车菊品种（白色、粉色、红色、蓝色、紫色和墨色）,使用比色卡和光纤光谱仪对花色表型进行精准定义,进一步使用超高效液相色谱技术分离花瓣中的色素成分,共获得了10种花青素衍生物和8种助色素衍生物。结合光谱特征和质谱数据初步推定了这18种类黄酮成分的结构,发现除白色花瓣不含花青素外,粉色和红色花瓣只积累天竺葵素苷,紫色、蓝色和墨色花瓣只积累矢车菊素苷;各色花瓣中均广泛积累芹菜素苷;矢车菊花瓣中的类黄酮存在着广泛的脂肪酸酰基化修饰,参与该过程的脂肪酸主要为丙二酸和丁二酸;对比分析紫色和蓝色花瓣中的色素成分,发现二者积累相同的矢车菊素苷,但前者的芹菜素苷元缺少4’位的糖基化和酰基化修饰,推测该苷元修饰可能是导致二者呈色差异的重要原因。此外,使用标准品半定量法对花瓣中的类黄酮成分进行定量分析,发现各色花瓣中总花青素和助色素之间的相对含量不同,推测其可能在花瓣的呈色过程中发挥重要作用。这些研究结果初步明晰了矢车菊品种间花色变异的色素基础。（4）为探究矢车菊类黄酮生物合成分支途径形成的分子机制,分析了17个结构基因和5个候选转录因子在6个不同花色品种及其不同发育阶段的表达模式,并分离了关键基因的序列信息,发现白色花瓣中参与花青素生物合成的Cc F3H、Cc F3’H、Cc DFR和Ccb HLH1等相关基因均不表达,序列分析结果显示转录因子Ccb HLH1发生突变后丢失了保守基序,这可能是其缺失花青素的重要原因;粉色和红色花瓣的Cc F3’H突变后丢失关键基序,推测这是其无法合成矢车菊素苷而只能积累天竺葵素苷的重要原因;在红色和墨色花瓣中参与花青素生物合成的大多数基因随花色发育持续高表达,且表达丰度显著高于其他品种,这与其高度积累花青素一致;Cc GT3与Cc FNS均随花色发育表达量递减,其中Cc GT3在紫色和红色花瓣中不表达,结合紫色和红色花瓣只能积累缺少4’位苷元修饰的芹菜素苷,推测Cc GT3参与芹菜素苷的糖基化修饰。这些结果表明矢车菊品种间的类黄酮生物合成分支途径主要是由代谢通路上结构基因或上游转录因子的突变调控的。综合以上研究结果,作者初步解析了矢车菊花瓣呈色的分子调控机制:一方面,在矢车菊花瓣的蓝色发育过程中,当芹菜素苷背景相同时低浓度的矢车菊素苷只能赋予花瓣红紫色,而高浓度的矢车菊素苷则使矢车菊花瓣呈现纯正的蓝色,即矢车菊素苷和芹菜素素苷的相对含量在矢车菊花瓣的蓝色呈色过程中发挥重要作用。Cc MYB6-1和Ccb HLH1转录因子协同调控矢车菊花青素的生物合成,为矢车菊蓝色超分子色素的形成提供充足的矢车菊素苷。另一方面,矢车菊不同花色品种的形成源于不同色素物质的积累,主要包括天竺葵素苷、矢车菊素苷和芹菜素苷这3条类黄酮生物合成分支途径。白色品种因Ccb HLH1发生基因突变后失去保守结构域而无法积累花青素。矢车菊素生物合成关键结构基因Cc F3’H突变后导致矢车菊花瓣中只能积累天竺葵素苷而呈现粉色或红色。紫色和蓝色品种积累相同的矢车菊素苷,但前者因丢失Cc GT3活性而只能积累缺少4’位糖基化和酰基化修饰的芹菜素苷,这是二者呈色差异的重要原因。而墨色品种因高度积累矢车菊素苷而使花瓣呈色加深。本研究为深入理解基于矢车菊素苷的蓝色呈色机制提供了基因资源,也进一步丰富了观赏植物花色变异的理论研究。