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莲（Nelumbo nucifera）是药食两用的重要经济作物。我国莲资源丰富,栽培面积1000万亩左右。生物碱是莲中最有经济价值的生物活性组分,但我国莲主栽品种叶片中生物碱含量普遍较低,研究莲叶片生物碱合成遗传机理,创制高生物碱含量的莲新品种无疑有助于提高莲附加值,促进我国莲产业可持续健康发展。为此,本研究对不同莲品种叶片生物碱含量差异以及叶片不同发育阶段生物碱积累特征进行了分析;选用生物碱含量差异显著的莲品种‘Luming’和‘WD40’,通过叶片比较转录组学研究,发掘莲叶片中生物合成途径的结构基因及重要调节基因,探讨莲生物碱的合成调控机理,为高生物碱含量莲品种的培育提供理论依据和分子元件。主要结果如下:1.不同品种间莲叶片生物碱组分与含量的特征分析采用高效液相色谱仪（HPLC）技术检测了38份莲品种叶片中的生物碱组分与含量,构建了莲品种叶片生物碱表型数据库。莲叶片主要积累苄基异喹啉生物碱（benzylisoquinoline alkaloids,BIAs）,包含5种组分:番荔枝碱（anonaine）、O-去甲基荷叶碱（O-nornuciferine）、莲碱（roemerine）、N-去甲基荷叶碱（N-nornuciferine）和荷叶碱（nuciferine）[17,22],其中荷叶碱是多数品种叶片中占据主导地位的生物碱。同时发现不同品种间叶片生物碱含量存在很大差异。对高BIAs的‘Luming’和低BIAs的‘WD40’两个品种的叶片发育过程中生物碱积累动态变化进行分析,发现生物碱含量在叶片生长过程中呈现逐步增加的趋势,但在叶片衰老时出现少量下降。此外,‘Luming’和‘WD40’叶片中两个主要的生物碱BIAs组分荷叶碱和O-去甲基荷叶碱含量差异很大,但番荔枝碱、莲碱和N-去甲基荷叶碱含量差异很小,且这三种生物碱在整个叶片发育过程中浓度都很低。2.莲BIA的生物合成途径及转录调控基因的挖掘与功能分析至今鲜有关于莲BIA生物合成和调控研究的报道。本研究选用‘Luming’和‘WD40’两个栽培品种叶片为试材,通过叶片发育前期两个阶段的比较转录组学等生物信息学分析,发掘了莲BIA合成途径的结构基因,其中两个串联簇生的CYP80基因NnCYP80A和NnCYP80G发生了功能分化,可能分别参与阿朴啡类型苄基异喹啉生物碱（aporphine-type BIAs）和双苄基异喹啉生物碱（bis-BIAs）的合成;同时发掘了5个生物碱合成调节基因,包含三个MYB基因（NnMYB12、NnMYB6和NnMYB113）、一个乙烯响应因子NnRAV1和一个碱性螺旋-环-螺旋基因NnbHLH1。双荧光素酶实验结果表明,这些调节基因对莲生物碱合成结构基因具有很好的激活作用,同时发现NnbHLH1与NnRAV1基因存在相互作用且对NnNCS1基因的启动子具有强烈的激活能力。总之,上述研究揭示了莲BIA生物合成途径及其转录调控机理,这不仅对深入了解植物BIA生物合成具有重要的理论意义,而且能为创制莲高生物碱新材料提供技术支撑。