丹参（Salvia miltiorrhiza Bunge）为唇形科鼠尾草属常用药用植物,以其干燥的根或根茎入药,水溶性酚酸类次生代谢产物为丹参重要的药用活性成分之一,具有抗氧化、抗菌、消炎、抗肿瘤等多种药理活性。虽然丹参酚酸类成分的生物合成途径备受关注,但其调控机制仍不是特别清楚。据报道,野生丹参比栽培丹参酚酸含量高、抗逆性强,本研究基于丹参基因组、野生与栽培丹参比较代谢组及转录组联合分析,重点筛选丹参酚酸类合成相关转录调控因子和抗逆调节基因,并采用遗传操作技术研究基因的功能,为深入了解酚酸类有效成分生源合成途径及调控机制、揭示环境因素对次生代谢产物形成与积累的影响提供了理论依据。主要研究结论如下:1、基于UPLC-MS/MS检测技术的丹参广靶代谢组学研究对野生丹参与栽培丹参进行了代谢组学测定与分析,共检测到658种代谢物,其中差异代谢物286种。比较代谢组学分析结果表明,在根比较组中,差异显著代谢物共159种,酚酸类成分中丹酚酸C的差异最为显著。差异代谢物KEGG富集分析显示,酚酸类化合物合成途径、黄酮类化合物合成途径以及两者的上游通路苯丙素生物合成途径上的差异代谢物是造成野生与栽培丹参差异的化学基础。相关性分析结果表明,丹酚酸B与丹酚酸C的含量呈显著正相关,提示两者可能共享相同的代谢调控机制,丹酚酸C可能作为丹酚酸B合成的前体物质参与酚酸类成分的生物合成。2、基于Illumina测序的丹参转录组学分析对野生与栽培丹参进行了转录组测序,共获得88.64 Gb Clean Data,注释30,286条Unigene。比较转录组学分析结果显示,差异表达基因主要与植物代谢、响应刺激、植物抗逆、铵态氮运输和抗氧化有关,其是导致野生与栽培丹参抵抗逆境、次生代谢物合成以及营养吸收能力差异的遗传基础。酚酸类成分合成途径关键酶基因在栽培丹参根中的表达量普遍高于野生丹参根,在叶片中的表达量则低于野生丹参叶中的表达量;黄酮类合成途径酶基因的表达表现出相同的变化趋势。抗氧化、抗逆相关差异基因中,SOD的表达在野生与栽培丹参中呈显著差异。3、丹参转录组学与代谢组学的关联分析通过代谢物与基因表达的关联分析,筛选到了丹酚酸C合成相关的细胞色素P450家族基因21个、漆酶编码基因11条。筛选到丹酚酸C合成调控相关的转录因子有 16个MYB、23个bHLH、13个WRKY、23个ERF、10个NAC、4个TIFY、4个热胁迫转录因子、4个Trihelix、2个bZIP等。关联到的旁支木质素代谢途径与黄酮类合成途径关键酶基因均与丹酚酸C的含量显著负相关。4、SmMYB13与SmMYB70对丹参酚酸类和黄酮类次生代谢的调控功能研究克隆了丹酚酸C合成相关转录因子SmMYB13和根中特异表达转录因子SmMYB70。SmMYB13和SmMYB70均响应机械损伤、脱水、硫酸铜、低温、NaCl、PEG8000、赤霉素,以及茉莉酸甲酯处理。过表达SmMYB13与SmMYB70均会提高丹参总酚酸和总黄酮的含量。在SmMYB13过表达株系中,酚酸类合成途径SmPAL2、Sm4CL1、SmC4H、SmHPPR、SmRAS、SmCYP98A14 表达量显著上调,黄酮类合成途径酶基因SmCHS1、SmCHS2、SmFLS1、SmFLS2的表达量显著提高;在SmMYB70过表达株系中,酚酸类合成途径SmPAL2、Sm4CL1、SmC4H、SmHPPR、SmCYP98A14显著上调,SmPAL1、Sm4CL2、SmTAT显著下调,SmRAS变化不显著,黄酮类合成途径上游基因整体被上调、下游基因整体被下调。上述结果提示SmMYB13与SmMYB70在丹参酚酸类和黄酮类次生代谢调控中发挥重要作用。5、SmMYB13与SmMYB70过表达丹参抗逆的分子机制初探研究表明,MYB转录因子可通过调控SOD基因的表达影响植物对多种生物与非生物胁迫的响应。本研究中,基于丹参基因组系统鉴定并分析了 SmSOD基因家族。分别过表达SmMYB13与SmMYB70均提高了该基因家族大部分成员的表达量,SOD总酶活性升高,盐胁迫下细胞中的丙二醛含量低于非转基因株系,两个基因的过表达都可以提高丹参对盐胁迫的耐受性。综上,本研究基于多组学联合分析,分析了野生丹参与栽培丹参的差异代谢物和差异表达基因,并重点研究了筛选的两个MYB转录因子的功能,初步阐明了丹参应对盐胁迫逆境的分子机制。该研究对深入解析酚酸类成分的生物合成途径和调控机制,培育有效成分含量高、抗逆性强的优质丹参品种具有重要意义。