紫薇(Lagerstroemia indica)又名紫金花、紫兰花、西洋水杨梅、百日红等,属于桃金娘目(Myrtales)千屈菜科(Lythraceae)紫薇属(Lagerstroemia),为常绿灌木或落叶小乔木。紫薇原产于我国,其种植和应用历史悠久。我国拥有丰富的种质资源和育种材料。然而,紫薇育种和栽培技术研究起步较晚,商业价值和育种价值高的品种较少,特异花色、叶色的优良新品种相对缺乏。本论文通过对紫薇扦插苗采用不同波长光处理,分析光质与叶片花青素含量及PF-03084014生产商花青素合成途径中的关键基因之间的关系。同时,克隆响应光调控且参与花青素合成的转录因子,进行生物信息学分析,构建植物表达载体,进行亚细胞定位分析。最后,对两个转录因子进行相互作用分析。该研究旨在深入探究光参与调控紫薇花青素生物合成的分子机制,为紫薇的分子育种提供科学理论依据。主要研究成果如下:(1)采用湖南省林业科学院选育的紫薇新品种‘丹红紫叶’,分别经过白光、红光、蓝光以及红蓝组合光处理7d、14d、21d、28d后,测得花青素含量。结果发现,红光和红蓝组合光处理能够显著提高紫薇叶片花青素含量;在同种光质下,14d时含量最高,28d时含量最低,其中14d的红蓝组合光组含量最高,28d的白光对照组含量最低。结果表明,一定时间内不同波长的光处理可以促进紫薇花青素的合成,其中红蓝组合光处理效果最为显著。对紫薇叶片中与花青素合成相关基因的qPCR结果分析表明,红光、蓝光和红蓝组合光可以提高花青素合成途径中结构基因及LiHY5的表达水平,从而促进花青素合成。然而,LiBBX24的表达水平相对下降,可能是受到光胁迫。相关性分析进一步证实,LiHY5有助于花青素合成,而LiBBX24则抑制花青素合成。(2)对花青素相关基因启动子顺式作用元件进行预测。结果表明,花青素结构基因启动子上含有大量光响应元件,因而可以参与光的调控。HY5通过与启动子上的光响应元件结合,进而调控花青素的合成。BBX24存在于HY5的上游,根据qPCR结果推测BBX24可能通过影响HY5的表达进而阻碍花青素的合成。(3)基于之前的紫薇转录组数据,成功克隆了紫薇的LiHY5和LiBBX24基因。LiHY5基因的编码序列长510bp,编码169个氨基酸;LiHY5蛋白含有bZIP保守结构域,属于bZIP超家族。LiHY5蛋白的三级结构预测为α螺旋主导的亮氨酸拉链结构。LiBBX24基因的编码序列长729bp,编码242个氨基酸:LiBBX24蛋白含有两个B-box结构域,属于B-box超家族。LiBBX24蛋白的三级结构预测表明其具有明显的锌指结构。多序列比对和系统进化分析结果显示,LiHY5和LiBBX24蛋白与石榴的亲缘关系最为接近。(4)将LiHY5和LiBBX24与pCAMBIA1300植物表达载体连接,转化到农杆菌后注入烟草叶片进行瞬时表达。结果表明,绿色荧光分布在细胞核中,这符合转录因子的特性。(5)为了研究LiHY5与LiBBX24是否相互作用3-MA,采用酵母双杂交、双分子荧光互补和体外蛋白沉降实验进行分析。结果表明,酵母细胞在含X-α-gal的四缺培养基中生长并呈现蓝色,初步证明了两者之间存在相互作用。同时,双分子荧光互补实验通过共聚焦显微镜观察到烟草叶片细胞核中出现黄色荧光,证明了它们能在细胞核内相互作用。最后,体外蛋白沉降实验通过GST pull down,进一步展示了 LiHY5和LiBBX24直接相互作用的存在。这些实验结果说明LiBBX24通过与LiHY5相互作用,抑制了 LiHY5的正常功能,进而阻碍花青素合成。综上所述,LiHY5和LiBBX24受光的影响参与花青素的调控。研究结果为植物次生代谢物的合成natural bioactive compound和开发提供新思路和新手段。