紫雨桦(Betula pendula’Purple Rain’)是垂枝桦(Betula pendula Roth.)的紫叶变种,因独特的紫色叶片和良好的生长适应性在园艺观赏领域被广泛应用。研究团队在先前的紫雨桦组培扩繁过程中,发现了一株紫雨桦绿叶突变体,其在遗传背景上同原始株系相同,是研究叶色性状突变的良好材料。本研究以该突变体和普通紫雨桦为材料,通过多组学高通量测序以及生物信息学的分析手段探讨导致叶色变异的原因,挖掘调控紫雨桦花青素合成通路的关键基因,并开展白桦的遗传转化,探究紫雨桦叶色形成的分子机制。研究结果如下:(1)代谢组分析表明,紫雨桦积累的花青素主要LY2157299半抑制浓度为矢车菊素、牵牛花素和飞燕草素。绿色突变体花青素含量低于紫雨桦,但生长速度快于紫雨桦,并且幼叶颜色接近紫雨桦,花青素积累量高,成熟叶紫色褪去,颜色更接近白桦的绿色叶片。(2)转录组分析表明,两者差异PLX3397临床试验表达基因364条,紫雨桦相对绿色突变体上调表达174条基因,下调表达190条基因。对两者差异贡献最大的基因是查尔酮合酶(CHS)基因,差异表达基因可以富集到类黄酮代谢途径。(3)基因家族分析表明,有4条R2R3-MYB家族基因(Bp MYB113、Bp MYB114-1、Bp MYB114-2、Bp Clinical immunoassaysMYB4)和1条b HLH家族基因(Bp TT8)与花青素合成通路调控相关。(4)全基因组甲基化分析表明,绿色突变体在全基因组水平上发生明显的去甲基化。其中,Bp MYB113启动子区域甲基化水平升高,Bp MYB114-1启动子区域甲基化水平降低。(5)构建Bp MYB113过表达载体,以白桦成熟种子为受体,采用农杆菌介导法开展遗传转化,通过PCR及荧光定量PCR技术对得到的抗性植株进行检测,结果显示,成功获得Bp MYB113过表达白桦。转Bp MYB113过表达株系组培苗与对照组相比表现出明显的紫红色,荧光定量PCR分析显示,转基因株系花青素合成相关基因呈不同程度的上调表达。综上所述,紫雨桦和绿色突变体在表型、代谢、转录、甲基化等多个维度均存在明显差异。其中Bp MYB113作为转录激活因子,能够促进花青素合成相关结构基因的表达,转基因株系组培苗叶片呈现紫色。