花青素是一种多酚类色素,广泛存在于植物花、茎、叶、GSK2118436果实等各个组织中。84K杨(Populus alba×Populus glandulosa)是杂交培育出来的品种,由于其具备分布广、适应性强、生长速度快、遗传转化率高等特点,是杨树基因工程研究的绝佳材料。Am Rosea1属于R2R3-MYB转录因子,调控植物组织花青素的分布和变化,并调节金鱼草(Antirrhinum majus)花青素生物合成。基于此,本研究利用基因工程技术构建Am Rosea1过表达载体通过对84K杨进行遗传转化,探究其是否在杨树中参与调控花青素合成通路,为杨树彩叶种质的遗传改良奠定理论基础。实验结果如下:(1)通过构建Am Rosea1基因的过表达载体,对84K杨进行异源转化,共获得12个转基因株系,并通过实时荧光定量PCR检测转基因表达量,确定三个表达量高的转基因株系。(2)对转基因株系进行光信号处理以及生理指标测定。在不同光强下,与LED光处理相比,自然光处理下转基因株系叶片变红,花青素和可溶性糖含量升高,确认细节叶绿素含量和POD活性降低。不同光质处理30 d后,与LED红光和蓝光相比,在LED红蓝光诱导下,转基因株系叶片变红,且花青素含量升高,可溶性糖含量和POD活性下降,叶绿素含量略有降低。根据试验结果推测,自然光及红蓝光Video bio-logging处理均能激活84K杨花青素的生物合成,说明光强是影响花青素生物合成的重要因素,红蓝光也是花青素生物合成不可或缺的光质。(3)为揭示Am Rosea1在84K杨花青素合成通路中的作用,对野生型和过表达Am Rosea1株系进行转录组学分析,共构建6个c DNA文库,筛选出170条差异表达基因,其中86条基因上调表达,84条基因下调表达。通过GO注释和KEGG富集分析,筛选出16条花青素生物合成相关的候选基因。(4)通过代谢组分析,推测调控84K杨树叶片变红的关键代谢物为矢车菊素。同时,结合转录组和代谢组学联合分析,结果显示18个差异基因与13个差异代谢物呈现相关关系,其中包括11个MYB基因、2个BZ1基因、1个FG2基因、1个ANS基因和3个IF7MAT基因。系统发育分析表明,Am Rosea1与Pag MYB113具有较高的同源性,且MYB113与BZ1、ANS和DFR直接存在互作关系。推测Am Rosea1基因可能是与84K杨中MYB113基因行使类似的功能,即与花青素结构基因互作从而激活了84K杨的花青素的生物合成。