小麦作为世界三大重要粮食作物之一,在全球范围内广泛种植,其总种植面积居世界谷物种植面积之首。小麦作为我国第三大粮食作物,栽培历史悠久,在农业生产和经济发展中的具有重要作用。近年来,随着居民生活水平不断提高,人们对小麦种类的要求也逐渐开始从满足温饱向多元化发展,彩色小麦的选育就是其中一个重要发展方向。彩色小麦最典型的特征是富含花青素类物质,其作为一种天然色素,广泛存在于自然界中,在植物的生长发育和人类的身体健康及营养价值等方面起重要作用。本实验室利用陕西关中灌区主推小麦品种小偃22作为母本,ZHW（紫粒品种）和印度蓝粒小麦（蓝粒品种）分别作为父本进行杂交和回交转育培育小偃22紫粒和蓝粒近等基因系,将其命名为小偃22p和小偃22b。以小偃22作为对照组,小偃22p和小偃22b分别作为试验组,利用转录组测序、BSR分析和代谢组测序等方法,筛选出与花青素合成的差异表达基因和差异代谢物,初步解析了彩色小麦紫色和蓝色两种粒色形成的分子机制,为小麦的遗传改良提供了借鉴。其主要研究结果如下:1.彩色小麦粒色形成的相关基因定位以小偃22和小偃22p分别构建混池,BSR-seq定位分析小麦籽粒紫色性状形成的相关基因,得到4个候选区域,其中一个区域位于2B染色体,另外三个区域位于2A染色体,候选区间的总长度为548.62Mb,共有4801个差异基因,其中包括743个未知基因和875个非同义突变。对小麦品种小偃22和小偃22b的籽粒样品进行BSR定位分析蓝色小麦形成的相关基因,存在3个候选区域,其中一个区域位于4D染色体,另外两个区域位于2A染色体,候选区间的总长度为622.31Mb,共有10252个差异基因,其中有1516个新基因和2302个基因位点产生非同义突变。2.彩色小麦粒色形成相关基因的转录组分析对小偃22和小偃22p两个籽粒样品进行转录组测序,将开花后29天的小偃22p与29天的小偃22进行比较,筛选出与紫色籽粒形成相关的差异表达基因。在转录组数据中,共筛选出1012个差异表达基因,其中691个基因上调,321个基因下调。通过GO注释和KEGG通路分析,发现代谢通路中含有催化功能的酶在发育期间表达较为显著,且基因富集于花青素合成相关通路。进一步筛选到编码花青素合成途径的关键酶基因25个,花青素相关的调节基因23个。对其中的6个位于紫色小麦的差异基因CHS、F3’H、BZ1、MYC1、HOS15-like进行了 qRT-PCR验证,证明这些基因在花青素合成中均有显著差异。通过BSR和转录组数据联合分析,结果显示Traescs2A02G4094001（MYC1）和 Traescs2A02G2272003（HOS15-like）可能是紫色小麦籽粒花色苷合成路径中的关键调节基因。将小偃22和小偃22b进行以上相同分析,其结果中差异表达基因共有903个,其中有604个基因表达上调,299个基因表达下调。在GO注释和KEGG通路的分子功能中,结合和催化活性功能的差异基因占比最高,且花青素合成相关通路存在基因富集。其中参与蓝色小麦中花青素合成的差异基因共29个,包括10个结构基因和29个调节基因。对5个位于蓝色小麦的差异基因F3’5’H、F3H、FLS、MYC4、REVEILLE 7进行qRT-PCR验证,结果与测序数据一致。从中筛选出可能影响颜色产生的差异表达基因 Traescs4D02G2246001（MYC4）和 Traescs2A02G4566001（REVEILLE 7）并克隆其中一个关键基因MYC4,将其命名为TaMYC4。测得TaMYC4基因存在不同的剪接模式且在外显子区域发生了 16个非同义SNP变异。3.彩色小麦粒色形成的相关代谢物分析在小偃22p的代谢组中,正离子模式下共筛选出201种差异代谢物,负离子模式下筛选出107种差异代谢物。通过高效液相色谱-质谱/质谱分析对花色苷进行定量分析,发现只有开花后29d的紫色小麦中矢车菊素、芍药色素和天竺葵素的含量显著增加,且矢车菊素的含量增加极为显著,而飞燕草素则无显著变化。转录组和代谢组的联合分析表明,在小偃22p花青素合成途径中,3个相关代谢物含量显著下降,3个代谢物含量显著上升。在基因中,10个合成基因均上调表达。小偃22b代谢组中,正离子模式下筛选出1051种差异代谢物,负离子模式下筛选出904种差异代谢物。HPLC-MS/MS分析显示,开花后29d的蓝色小麦小偃22b中飞燕草色素和芍药色素显著增加。转录组和代谢组的联合分析表明,小偃22b花青素合成途径中,9个相关代谢物含量显著下降,10个代谢物含量显著上升,且合成基因均上调表达。综上,本研究通过三个近等基因系小偃22、小偃22p和小偃22b小麦品种,利用BSR定位和多组学分析,初步分析紫色和蓝色小麦籽粒颜色形成的分子机制,探讨不同粒色下基因与代谢物的对应关系,为小麦籽粒的改良和其粒色形成机制的解析奠定了基础。