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马铃薯是世界上重要的农业作物。植物表现出不同颜色的原因,一直是植物科学领域的研究重点。花青素等次级代谢产物的合成与积累是使植物展现不同颜色的重要原因。目前已对花青素合成调控通路,以及马铃薯块茎中的花青素合成机制进行了深入研究。但是,就马铃薯这种收获地下块茎部分的农作物而言,对于其感受光信号,从而进行花青素合成的主要器官马铃薯叶片中的花青素合成与调控机研究极少。此外,在马铃薯中是否存在转录本融合等其他转录组水平调控花青素积累的分子机制,同样值得进行进一步研究。本研究首先应用生物信息学方法对马铃薯花青素合成相关的R2R3-MYB以及WD40家族基因进行鉴定,并进行进化分析。然后以叶片分别为绿色、红色、紫色的马铃薯品种夏波蒂、红玫瑰3号、紫玫瑰2号为试验材料;选取即是花青素合成器官,又是花青素积累器官,同时生物代谢活动极其活跃的植物组织马铃薯叶片,进行nanopore全长转录组测序与广泛靶向代谢组分析。通过nanopore全长转录组测序结果对现有马铃薯基因组注释信息进行补充与完善。结合转录组学与代谢组学试验结果,对不同颜色马铃薯叶片中花青素合成与积累的调控机制进行深入研究。本研究为马铃薯花青素合成与调控相关功能基因的研究、马铃薯特异种质资源的发现以及马铃薯分子设计育种奠定坚实的理论基础。通过以上研究得出如下结果:（1）通过对NCBI-SRA数据库中已有马铃薯转录组原始数据进行重新分组重新分析,共鉴定得到101个马铃薯R2R3-MYB家族基因,以及33个WD40家族基因。通过半定量RT-PCR与q RT-PCR试验表明,R2R3-MYB家族基因stAN1,WD40家族基因stTTG1-3与CCS52B均随着马铃薯叶片与块茎颜色的加深,其基因表量呈显著上升趋势。花青素合成关键调控基因PAL,虽然也表现为随着马铃薯叶片与块茎的颜色加深,基因表达量上升,但表达量增加的并不显著。其中stAN1n主要在马铃薯的根、茎以及块茎中表达。对WD40基因家族的进化分析表明,与颜色变化相关WD40家族基因在古时期主要受环境因素选择,随着时间的推移,纯化选择也在发挥越来越重要的作用。（2）应用第三代核酸测序技术nanopore,对不同颜色的马铃薯叶片进行全长转录组测序,研究马铃薯花青素合成以及颜色变化的生理机制。对nanopore全长转录组测序数据进行分析,对马铃薯基因组注释信息进行补充与完善。优化马铃薯基因组注释信息2360个位点,检测到1833个新基因位点。检测到在三种颜色马铃薯叶片中均出现显著差异表达的基因114个。Lnc RNA1a、Lnc RNA2、Lnc RNA3、Lnc RNA1b、Lnc RNA4的靶基因是PAL基因,Lnc RNA6的靶基因是F3H;PONTK.938基因与F3’5’H基因发生转录本融合;DFR基因在彩色马铃薯中存在两种m RNA剪接形式,分别为DFRa与DFRb。结合Nanopore全长转录组测序结果,克隆了R2R3-MYB家族基因stAN1的一个新转录本stAN1n。将stAN1n在烟草中过量表达,使转基因烟草变为紫色。亚细胞定位试验表明stAN1n在细胞核中行使功能,PAL主要在细胞膜发挥其生物功能。（3）对不同颜色马铃薯叶片进行广泛靶向代谢组分析,应用广泛靶向代谢组测定结果对nanopore全长转录组分析结果进行验证,并深入理解马铃薯花青素的合成机制。通过广泛靶向代谢组测定试验,共发现在三个不同颜色马铃薯叶片中,含量均出现显著差异的代谢产物80个。在红玫瑰3号与紫玫瑰2号马铃薯叶片差异代谢产物的比较中表明,在红玫瑰3号马铃薯叶片中大量积累的花色苷种类有矢车菊素半乳糖苷、天竺葵色素苷、反式-4-羟基-3-甲氧基肉桂酸、天竺葵素-3-O-葡萄糖苷等代谢产物;而在紫玫瑰2号马铃薯叶片中则主要积累锦葵色素3-O-半乳糖苷、锦葵色素3-O-葡萄糖苷、牵牛花色素3-O-葡萄糖苷、矢车菊素3-O-葡萄糖苷、花翠素3-O-葡萄糖苷、麦黄酮5-O-己糖基-O-己糖苷。在彩色马铃薯叶片中花青素的合成与积累,造成其咖啡醛和松柏醇的含量显著降低,这抑制了彩色马铃薯中木质素的积累。同时广泛靶向代谢组测定的代谢产物含量变化规律与全长转录组测序所得的基因表达调控规律相符。（4）应用nanopore全长转录组测序结果与广泛靶向代谢组试验结果进行联合分析,解释马铃薯叶片表现出彩色的分子调控机制。Lnc RNA1a（PONTK.13936.1）与Lnc RNA1b（PONTK.13936.3）是反义链Lnc RNA,其与PAL基因发生顺式互作。在红玫瑰3号马铃薯叶片中,F3’5’H和CYP75B1基因均显著上调表达;同时DFR基因的DFRa类型转录本的表达量多于出现内含子保留的DFRb类型转录。这使得红玫瑰3号马铃薯叶片中大量积累矢车菊素半乳糖苷、天竺葵色素苷、天竺葵素-3-O-葡萄糖苷,红玫瑰3号马铃薯叶片表现为红色。在紫玫瑰2号马铃薯叶片中F3’5’H基因显著上调表达,但CYP75B1的表达量变化不明显;只在紫玫瑰2号叶片中发现F3’5’H与PONTK.938发生转录本融合,在其他两个马铃薯品种中均未发现这种现象;在紫玫瑰2号马铃薯叶片中DFRb的表达量多于DFRa,这与红玫瑰3号相反。以上这些只在紫玫瑰2号马铃薯叶片中检测到的调节机制,使得紫玫瑰2号中同时含有天竺葵素、矢车菊素和花翠素。其中牵牛花色素3-O-葡萄糖苷、锦葵色素3-O-葡萄糖苷、花翠素3-O-葡萄糖苷等花翠素糖苷形式的代谢产物主要在紫玫瑰2号马铃薯叶片中大量积累,导致紫玫瑰2号马铃薯叶片表现为紫色。在红玫瑰3号叶片中矢车菊素主要以矢车菊素半乳糖苷形式积累,在紫玫瑰2号叶片中矢车菊素主要以矢车菊素3-O-葡萄糖苷形式积累。