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小麦和三叶木通是世界上重要的植物资源,不仅具有较高的经济价值,而且是我国粮食和食油安全保障的重要组成部分。作物的生物学产量主要靠叶片的光合作用,光合作用效率将直接影响产量。小麦叶片白化突变体是研究高等植物光合作用、叶绿素合成、叶绿体发育等机制的重要材料,对控制白化性状相关基因的定位和功能分析,不仅能丰富光合作用等相关方面的理论内容,而且为小麦高光效分子育种奠定了基础。三叶木通是一种食药油同源植物,适应性强、种植技术简单、产品附加值高,市场前景十分广阔。但对其基因组信息和品质性状的遗传解析尚未明确或基本处于空白,基础研究的滞后极大的限制了三叶木通产业化的发展速度。本研究将通过基因组、转录组、代谢组、简化基因组等多组学的研究方法探究小麦白化突变体和三叶木通食用和药用品质性状的分子机理,旨在系统的揭示相关基因和表型之间的关系,为生产实践中的分子定向育种奠定基础。本研究的主要结果如下:1.明确了小麦白化突变体M6的白化性状与温度相关,属于温度敏感型返绿白化突变体;构建了白化性状的遗传分离群体,对其子代叶片颜色的调查和遗传分析表明白化性状由一对隐性核基因控制;利用集群分离分析法、简化基因组测序、In Del分子标记扩增验证等手段将突变基因定位于中国春参考基因组2A染色体序列第718819312到725306514序列位点总计约6.5M的序列区段内,并在定位区间内筛选出了14个候选基因。2.测定了白化突变体叶绿素合成代谢途径中间代谢产物的含量和关键酶的活性,发现叶绿素合成途径中粪卟啉原III及其之后步骤的中间产物含量显著下降;克隆并分析了Urod基因在突变体和野生材料之间的序列多态性;对不同温度条件下的突变体和野生型叶片的转录组测序结果表明突变基因可能导致粪卟啉原III大量转化为血红素而抑制了叶绿素的合成;使用实时荧光定量技术验证了叶绿素合成相关基因的表达。3.使用第二代测序技术对三叶木通基因组的整体情况进行调研,获得了58.59 Gb测序数据,Kmer分析表明三叶木通基因组大小约为618.52 Mb,重复序列含量约43.07%,杂合率约1.01%。利用Pac Bio三代测序技术获得56.6 Gb基因组数据,通过Hi-C测序获得40.34 Gb数据,最终将三叶木通基因组组装为Scaffold length=652.8Mb,Contig N50=1.57Mb,Scaffold N50=35.8M染色体水平的基因组图谱,并通过三叶木通根尖和茎尖组织的FISH染色确定染色体的倍性和数量为2n=2x=32。通过基因组注释得到23938个基因,基因家族进化分析表明有163个家族收缩,157个家族扩张,并构建了物种系统进化树。4.分别使用LC-ESI-MS/MS和Illumina Hi Seq TM2500平台测定了三叶木通果实4个发育阶段的果肉、果皮、种子中代谢物的含量和转录组数据,鉴定出了581种代谢物,通过WGCNA分析和果肉游离氨基酸含量测定发现芳香族氨基酸合成黄酮的代谢通路是三叶木通果实营养与药用价值的关键,而trp A、PAL、Tyr1基因是其代谢调控的关键因子。