马铃薯是第四大粮食作物,具有丰富的营养价值,特别是彩色马铃薯中含有大量的花青素,具有较强的抗氧化作用,有益于人体健康。类黄酮是植物中最大Site of infection的次生代谢物——酚类化合物之一,其种类多样,是天然抗氧化剂。花青素是类黄酮中最大的一类,也被认为是人类饮食中重要的健康促进成分。查尔酮合成酶(CHS)是花青素合成核心阶段的第一个酶,其表达与花青素的生物合成密切相关。然而,CHS基因家族在马铃薯中尚未得到全面的鉴定与分析。为探究马铃薯块茎中色素形成的主要成分及其与抗氧化能力的相关性,明确花青素通路中的关键查尔酮合成酶(CHS),本研究通过生物信息学技术对CHS基因家族进行全基因组鉴定与分析,利用不同时期不同色泽马铃薯材料进行生理指标测定,进而探究马铃薯花青素生物合成中的关键查尔酮合成酶基因(CHS),并解析其生物学功能。研究结果可为马铃薯花青素生物合成的分子机制解析奠定基础,为富含花青素马铃薯育种提供更多的理论依据和新的基因资源。主要研究结果如下:1.马铃薯基因组中共鉴定到12个St CHS基因,可分为3个亚组。染色体定位分析Transmembrane Transporters抑制剂表明这12个成员分布于马铃薯的4条染色体上,基因结构分析表明多数St CHS基因含有2个外显子和1个内含子。不同组织表达模式分析表明多数St CHS基因在叶片、块茎、萼片和叶柄组织中高表达,其中St CHS4与St CHS5在多数组织均高表达,并参与多种胁迫响应。2.在不同色泽材料中,K149-10、K149-12和K149-15等紫色马铃薯材料的总酚含量、类黄酮含量、花青素含量以及总抗氧化能力显著高于黄色和白色材料,且与紫色色素累积量呈正比。可溶性糖含量在不同色泽材料中无显著差异。在不同生长时期,总酚含量呈降低趋势,类黄酮含量与可溶性糖含量呈先升高后降低趋势,各生理指标在马铃薯第三时期均有所下降。通过生理指标与CHS基因表达量间相关性分析,筛选出与类黄酮RAD001作用及花青素累积呈显著正相关的CHS基因家族成员St CHS4与St CHS5。3.为探究St CHS4与St CHS5基因生物学功能,进行了基因克隆分析。St CHS4与St CHS5基因开放阅读框全长均为1 170 bp,编码389个氨基酸。不同色泽块茎薯肉q RT-PCR分析显示,紫色马铃薯块茎中St CHS4与St CHS5表达水平显著高于白色和黄色,进一步表明St CHS4和St CHS5基因与马铃薯块茎花青素积累显著相关。烟草瞬时表达试验结果显示,过表达St CHS4与St CHS5的烟草叶片前期具有显著花青素累积,而类黄酮无显著差异。通过烟草遗传转化,分别获得3个St CHS4和St CHS5转基因株系,生理指标测定结果表明St CHS4和St CHS5在花青素与类黄酮生物合成中发挥一定作用。