莲属于莲科、莲属,是多年生的基部双子叶水生植物。莲属包含有两个种:亚洲莲和美洲黄莲。其中,亚洲莲就是我们通常所称的莲。中国是莲的分布中心和栽培中心之一。莲是重要的观赏水生植物,又称为荷花,是中国传统十大名花之一,其观赏价值很大程度上取决于绚丽的花色和多样的花型。花型的决定因素包括花器官形态,特别是花瓣的组成、数量、大小和形状等。类花瓣性状是观赏植物育种中选择的重要特征之一。一些花莲品种在花发育过程,雄蕊和心皮会发生瓣化现象,形成重瓣花型,极大地提高了莲的观赏价值。因此,重瓣花品种的选育,是花莲育种的重要目标之一。然而,目前对莲的雄蕊瓣化和心皮瓣化的分子机理知之甚少。开展莲雄蕊瓣化和心皮瓣化机理的研究,充分发掘莲中控制花型的优异基因资源,对于培育观赏型的花莲新品种具有重要意义。本研究通过多组学技术(转录组、蛋白组及全基因组DNA甲基化)对莲的花器官瓣化现象进行了系统的研究,并对花器官发育相关的重要基因家族MADS-box基因家族进行了分析鉴定。挖掘出部分可能参与调控莲花器官瓣化的关键基因。同时,选取莲的SEP3基因在拟南芥中过表达,其过表达植株影响开花时间及花形态。这些为莲的花器官瓣化机理研究提供了理论基础。本文主要的研究结果如下:通过对雄蕊瓣化的莲品种’粉红凌霄’的花瓣、瓣化雄蕊及雄蕊的转录组数据分析,概述了不同花器官的转录变化。另外,通过对三个花器官的两两比对分析,鉴定到了可能与花器官身份相关的3900个差异表达基因。其中,雄蕊向瓣化雄蕊的转化主要涉及11个激素相关基因和22个转录因子。在花器官中发现29个差异表达基因的实时荧光定量PCR验证的结果与RNA-seq的结果非常一致。此外,用实时定量PCR对15个获选基因(包括7个MADS-box基因)在8个组织中的表达模式进行评估。本研究发现一些MADS-box基因可能是花瓣和雄蕊界限模糊的潜在调控因子。此外,莲的花瓣、雄蕊花瓣和雄蕊的DNA甲基化图谱为进一步了解花器官形成的遗传调控作用提供了线索。不同花器官的甲基化水平在CHH环境下存在差异。内含子的甲基化水平高于外显子。通过全基因组DNA甲基化与RNA-Seq数据的联合分析,鉴定出31个DMR相关基因。特别是含有U-box域的蛋白33编码基因可能在花器官形成中起关键作用。通过对莲’睡美人’的花瓣、瓣化雄蕊、雄蕊、心皮和瓣化心皮的转录组和蛋白质组综合分析,概述了莲’睡美人’不同花器官的转录变化和蛋白变化。本研究发现多个与瓣化相关的转录因子,特别是转录因子MADS-box家族成员AG,是花同源异型基因,在花发育中扮演重要角色。莲基因组中共鉴定出44个MADS-box基因家族成员,并系统分析莲的MADS-box 基因家族成员系统发育拓扑关系、基因结构、保守结构域和基序以及其空间表达模式。由于MADS-box蛋白的功能主要涉及花器官的识别,其他同源MADS-box 基因一样,多数NaMADS基因在生殖组织中表达。拟南芥中过表达莲NnSEP3基因,导致早开花和器官心皮化,说明NnSEP3基因与花发育相关。本研究结合了组学和分子生物学技术探讨莲的花器官瓣化的分子机制,挖掘了雄蕊瓣化和心皮瓣化调控的相关基因,为莲的新奇花型育种提供理论依据。