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滇牡丹(Paeonia delavayi Franch.)为芍药科(Paeoniaceae)芍药属(Paeonia)牡丹组(Sect.Moutan DC.)落叶亚灌木,是中国西南地区的特有种。滇牡丹具有丰富的花色变异,是一种极具观赏价值和开发潜力的野生花卉资源。本研究采用HPLC色素分析法、转录组测序和qRT-PCR方法,分析了滇牡丹不同花色主要花色素组分,筛选出滇牡丹花色素合成途径中的关键基因及转运基因,构建滇牡丹花色素代谢通路,从而探讨滇牡丹不同花色形成的分子机理,为制定高效的牡丹育种策略并为其分子辅助育种提供理论依据,。主要结果如下:(1)色素成分分析结果显示在黄色花花瓣中Chalcone2’G的含量最高,是其黄色形成的主要原因。黄色花花瓣花色参数受Km3G7G、Ap7Neo、Is3G和Chalcone2’G影响较大。在紫红色花瓣中,花青苷中的Pn3G5G、Pn3G、Cy3G是其紫红色形成的主要原因。黄色花瓣的花色素总含量在花发育早期不断上升,在‘透色期’达到最高峰,然后下降;紫红色花瓣的黄酮/查耳酮类总含量不断上升,在‘初开期’最高,然后下降,而花青苷总含量一直不断升高。(2)采用Illumina技术对滇牡丹花瓣转录组进行了测序和分析,经组装后共获得90,202个Unigene,平均长度721bp。经同源比对共有44,811个(49.68%)获得注释,并对这些基因进行了GO、COG、KEGG等分析。对黄牡丹和紫牡丹花瓣转录组中差异表达的6,855个Unigene进行分析,发现有3,430个上调基因和3,425个下调基因。在此基础上,通过表达差异分析和qRT-PCR验证,证明F3H、DFR、ANS和3GT的高表达在紫牡丹花瓣的花色形成中起关键作用,而THC2′GT、CHI和FNS II的高表达可促进黄牡丹中异杞柳苷的积累而使花瓣呈现黄色。另外还检测到了与花色素生物合成相关的表达差异的转录因子(R2R3-MYB,bHLH,WD40)。(3)筛选出了适用于不同花色牡丹在不同时期和不同组织的内参基因。当所有样本一起分析时,PP2A,UPL和UBQ被认为是最稳定的基因;helicase,TUA和EIF5A在不同组织,不同花色和不同发育时期的样本中表达也较稳定。根据geNorm的分析结果,在所有试验样本组合中,两个稳定性最好的内参基因组合进行标准化的效果最好。(4)利用qRT-PCR技术分析了滇牡丹转录组数据中差异表达基因中与花色形成相关的关键酶基因的表达模式,结果表明PlCHS3、PlCHI1、PlDFR1、PlF3H1、PlANS1主要负责紫红色的类黄酮合成,PlCHS1、PlCHI2、PlTHC2’GT、PlFNS1参与黄色花类黄酮合成途径,PlFLS1、Pl3GT1和Pl7GT1共同参与了黄色花和紫红色花类黄酮合成途径。并且推断出滇牡丹类黄酮合成途径:黄色花和紫红色花的类黄酮合成途径是两个不同的分支。(5)通过对转录组数据库中注释的MYB、bHLH和WDR转录因子进行筛选,发现PlbHLH3、PlWDR3、PlWDR18和PlMYB1通过调节滇牡丹类黄酮合成途径的下游结构基因,如PlDFR1、PlF3H1、Pl3GT1和PlANS1,调控滇牡丹花色素的合成。(6)本研究从滇牡丹中分离得到滇牡丹黄色花的谷胱甘肽转移酶(GST)基因家族的10个成员,其中PlGST5被推断为滇牡丹花色素相关转运体,可进一步用于花色素转运及积累机制的研究。综上所述,本研究首次分析了滇牡丹黄色花和紫红色花花瓣花色素各组分在花瓣发育过程中的变化趋势,并在滇牡丹黄色花和紫红色花花色值与花色素成分及含量的相关性分析基础上,运用Illumina测序技术对黄色花和紫红色花花瓣进行转录组测序,获得大量基因信息,其中包括类黄酮生物合成途径仍未开发的功能基因和转录因子。利用qRT-PCR技术分析了二者的类黄酮合成途径中差异基因的表达模式,花色形成相关转录因子的表达模式,并筛选出花色素转运体。这些结果对于今后加快利用滇牡丹这一珍稀基因资源开展牡丹分子育种的研究具有重要意义。