荞麦为蓼科（Polygonaceae）荞麦属（Fagopyrum Mill.）双子叶植物,是我国西南地区一种药食同源的小宗杂粮作物,具有很高的营养保健价值。荞麦芽菜与荞麦籽粒相比,营养物质种类和质量更为丰富,芽菜在光照条件和黑暗条件下具有不同的形态特征,光照会明显影响苦荞芽菜的营养物质含量和花青素的合成,但苦荞芽菜在不同光照条件下的营养成分未有深入研究,光调控下荞麦花青素的合成途径也尚不明确。为明确苦荞芽菜在不同光照条件下的营养成分差异以及光照对花青素合成途径的影响,本研究以在光照和黑暗条件下生长得到的‘晋荞2号’苦荞芽菜为研究对象,对两组芽菜基本营养成分进行检测,探究其变化情况;并对两组芽菜进行代谢组学、转录组学分析,筛选出差异代谢物和差异基因,以进一步分析两组芽菜中的代谢产物差异情况,并对苦荞芽菜中花青素生物合成机理进行研究,筛选出苦荞芽菜花青素生物合成中的相关基因,旨在探明苦荞中花青素生物合成的机理。本研究为提高苦荞芽菜的营养水平,同时为苦荞花青素的生物合成研究提供分子生物学基础。以期推动苦荞芽菜的开发,进而提升苦荞资源的有效利用,为荞麦芽菜的产业化奠定良好的基础。本研究主要结论如下:1.黑暗处理下的苦荞芽菜为黄化型芽苗,其子叶呈现黄色,胚轴为白色,芽菜长度明显高于对照组;光照下的苦荞芽菜为绿化型芽苗,其子叶呈现绿色,胚轴较短为红色。暗处理组的芽菜重量、茎长和植株总长大于光处理组,但主根长度小于光处理组,表明苦荞芽菜的生长发育受到光照的影响较大。元素测定（N、P、K、Ca、Mg、S元素和Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu微量元素）表明,苦荞芽菜元素含量较为丰富。在光照条件下生长的芽菜中3种元素（N、P、K）和4种微量元素（Fe、Mn、B、Mo）的含量高于黑暗条件下的,各元素含量均存在极显著性差异。在主要营养成分（可溶性蛋白质、可溶性糖）分析和次生代谢物（黄酮、叶绿素、类胡萝卜素和花青素）分析中,光照处理组苦荞芽菜的可溶性蛋白含量、可溶性糖含量高于暗处理组,两组芽菜在主要营养成分含量中存在极显著性差异。在次生代谢物分析中,光照处理组苦荞芽菜的黄酮、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和花青素含量优于暗处理组。2.利用气相色谱-质谱联用分析技术,对两组苦荞芽菜进行代谢组分析。结果显示,两种光照处理下苦荞芽菜的代谢产物差异明显,两组样品中共检测出383种物质,其中差异代谢物有137种,差异代谢物可分为8个种类,包括脂肪酸、芳香族化合物、胺类化合物、糖类及其衍生物、酮类、醇类和氨基酸及其衍生物等,差异代谢物主要集中在氨基酸及其衍生物、糖类及其衍生物、芳香族化合物和脂肪酸等种类上。热图聚类分析表明,光照条件下培养的苦荞芽菜多数代谢物含量增加,其代谢物含量高于黑暗条件下的芽菜,黑暗处理会明显降低多数代谢物的生成和积累。KEGG代谢途径富集结果表明差异代谢物富集136条通路途径,这些通路途径多数与物质代谢相关,数量最多的参与了蛋白质的降解和吸收、次生代谢物的生物合成和代谢通路,这与差异代谢物的种类是基本对应的,说明在光照条件下差异代谢物主要和物质代谢相关。不同的光照条件导致了苦荞芽菜中多个种类的代谢物积累量发生变化,可能是光照通过扰动这些相关代谢途径,对荞麦芽菜的形态建成和营养价值产生了影响。光照能够促进荞麦芽菜多数营养代谢物的生成和积累,营养组分较暗培养更为丰富,营养价值更高。3.通过对光照和黑暗处理的苦荞芽菜进行转录组分析,在两组苦荞芽菜中共鉴定到差异基因2 774个,其中已知基因共2 578个,表达量上调即黑暗条件下表达量高的基因有996个,表达量下调的基因有1 582个;新基因共196个,上调基因114个,下调基因82个。共获得209个差异表达的转录因子,这些转录因子根据其特征可以分为34类,其中数目最多的前5类为MYB、AP2-EREBP、b HLH、NAC和HB。将差异基因与GO和KEGG数据库进行比对,差异表达基因共在3 227条GO term、109条KEGG Pathway中富集到。转录组、代谢组共同富集到的KEGG代谢通路有54条,共涉及到614条基因和204种代谢产物的波动,共同富集到的代谢通路包括环境信息处理,遗传信息处理和代谢3个分支,可分为12个KEGG Pathway二级代谢通路。在KEGG Pathway富集中,与苦荞芽菜中花青素代谢有关的途径包括ko00940苯丙素生物合成途径（Phenylpropanoid biosynthesis）、ko00941类黄酮生物合成途径（Flavonoid biosynthesis）、ko00942花青素生物合成途径（Anthocyanin biosynthesis）,其中苯丙素生物合成途径在转录组和代谢组中同时被富集到,在上述途径被注释到的直接参与黄酮类化合物代谢的结构基因有12个,分别为Ft C4H-1（Ft Pin G0009241400.01）、Ft C4H-2（Ft Pin G0005329600.01）、Ft CHS-1（Ft Pin G0001351300.01）、Ft CHS-2（Ft Pin G0002106500.01）、Ft CHS-3（Ft Pin G0003701500.01）、Ft CHS-4（Ft Pin G0003710800.01）、Ft CHS-5（Ft Pin G0006832300.01）、Ft FLS（Ft Pin G0006907100.01）、Ft ANR（Ft Pin G0007896600.01）、Ft UFGT（Ft Pin G0003140500.01）、Ft DFR（Ft Pin G0008631700.01）、Ft GST（Ft Pin G0001546300.01）,其中Ft C4H-1、Ft C4H-2和Ft CHS-2基因表达上调,其余9个基因表达下调。它们在苦荞芽菜黄酮类化合物代谢过程中分别调控相关酶的合成,其中和花青素代谢直接相关的基因有8个。通过转录组数据分析,筛选得到10个COP1调控因子、1个HY5、13个b HLH和22个MYB转录因子,这些调控因子可能会参与花青素生物合成的调控,其中有17个表达上调,29个表达下调。4.经过筛选和分析,在苦荞芽菜中成功克隆出3个可能调节苦荞芽菜中花青素合成的候选调控因子,分别为被注释为参与花青素化合物的代谢过程的调控因子Ft COP1（Ft Pin G0004259300.01）、注释为和玉米同源并且与花青素合成相关的MYB类转录因子Ft MYB（Ft Pin G0003544400.01）和与拟南芥同源被注释为具有转录激活活性的Ft HY5（Ft Pin G0002935500.01）。Ft COP1调控因子比基因组内的参考序列长144 bp,其余部分与参考序列一致,其克隆得到的碱基长度为2 112 bp,这说明此调控因子很可能存在可变剪接现象;Ft HY5和Ft MYB和基因组内的参考序列完全一致,长度分别为426 bp和825bp。对其碱基序列和氨基酸序列进行分析发现,Ft COP1-2有14个外显子,基因3’和5’两端均存在有非编码区,编码703个氨基酸,Ft HY5有2个外显子,3’和5’两端均存在有非编码区,编码141个氨基酸,Ft MYB有3个外显子,基因仅5’端存在有非编码区,编码274个氨基酸。3个蛋白含有各自家族的保守结构域,均为疏水性蛋白,都预测定位于细胞核,符合它们作为调控因子调控下游基因表达的特性。酵母单杂交实验表明,Ft MYB转录因子与Ft DFR上游启动子序列中的MRE顺式作用元件只存在较弱的相互作用,可能是因为Ft MYB需要同其他转录因子结合形成多聚体后才能有效发挥转录因子的功能。