兴安杜鹃(Rhododendron dauricum L.)是杜鹃花属(RCell death and immune responsehododendron L.)半常绿灌木,为我国东北地区极耐寒的特色花卉。它早春开花,花色艳丽,观赏价值高,可做切花,又具有较高的药用价值,是东北地区极其重要的经济植物资源。兴安杜鹃是寒温带针叶林和针阔混交林林下灌木层的优势种,大、小兴安岭林区是该物种在我国分布的北界。兴安杜鹃种群对维系该地区脆弱生态环境的稳定性极其重要。由于气候变化、人为干扰等因素,兴安杜鹃种质资源多样性也处在动态变化中。目前缺乏对该地区兴安杜鹃种质资源多样性现状的了解,使得该地区对兴安杜鹃种质资源保护策略制定缺乏依据。故此,本研究通过对大、小兴安岭林区的兴安杜鹃种群现状实地调查与相关资料收集,全面掌握了兴安杜鹃的生境类型多样性特点;并对该地区内分布集中的13个居群开展了基于表型性状和SSR分子标记的遗传多样性研究,筛选出多样性丰富的居群,提出种群保护建议;结合兴安杜鹃花色多样性特点,选择花色差异显著的兴安杜鹃、白花兴安杜鹃(R.dauricum var.album),开展了代谢组学结合转录组学的差异比较分析,进行了花色变异调控基因的挖掘与功能验证,主要成果如下:(1)通过对大、小兴安岭地区兴安杜鹃种质资源的野外调查发现,兴安杜鹃多以片状分布,生境类型较丰富,有针叶林、针阔混交林、火山岩等类型,其中以大兴安岭中部的针叶林区域最为典型。对调查区域的13个天然居群的株高、地径、分枝数、花径、花量、花色、叶长、叶宽及叶片长宽比9个表型性状进行比较分析,发现在居群间和居群内均具有极显著差异。表型性状变异的离散性分析发现花色和花量的变异系数最大;利用自然变异培育了‘傲雪’(‘Ao Xue’)和‘艳日彩’(‘Yanricai’)2个新品种;呼中和红星居群的形态变异幅度较大,变异系数分别为0.1838和0.1799。采用UPGMA法,将13个兴安杜鹃居群分为3大类群6个组。(2)筛选出9对具有多态性的SSR引物,得到25个等位基因。对兴安杜鹃13个居群遗传多样性分析得出,Shannon信息指数(I)为0.6359,多态性信息指数(PIC)为0.3460,遗传多样性指数(Nei’s)为0.3575,可观测杂合度(Ho)为0.2514,低于0.3722期望杂合度(He),居群内存在一定程度的近交;居群间的平均遗传分化系数(Fst)为0.6556,群体变异65.56%位于居群间,34.44%的遗传变异分配于居群内部;呼中、塔河和红星居群的遗传多样性程度较高,建议为重点保护的种源。采用NJ法聚类分析,将13个居群分为3大类群8个组。与形态聚类相比,在组内具有高度的一致性,且与地理距离基本一致;在大类群中则与形态多样性聚类出现不一致的现象,但都表现为居群间不完全依照地理距离聚类。将多态性位点与表型性状进行关联分析,获得与花色、叶片长宽比性状关联性较高的2个潜在的SSR标记位点。(3)以群体内花色多态性为重点,对兴安杜鹃、白花兴安杜鹃的花冠进行类黄酮代谢组检测,获得代谢产物170个,其中显著差异的代谢物25个。两GSKJ4种花色类群的花冠均含有花青素,其中兴安杜鹃含有6种特有的类黄酮代谢物,且高丰度积Baf-A1化学结构累矢车菊素类和飞燕草素类花青素和杜鹃素、柚皮素及其衍生物等药用成分。在白花兴安杜鹃中高富集了槲皮素类黄酮醇物质。转录组测序后,进行KEGG富集分析发现类黄酮生物合成途径富集的差异表达结构基因最多,为157个,其中99个上调表达,58个下调表达。在兴安杜鹃中类黄酮生物合成的结构基因普遍上调表达,包括花青素合成早期的限速酶CHS/CHI以及下游的F3H/F3’H/F3’5’H/DFR/ANS/UFGT,促进了花青素的合成。在白花兴安杜鹃中这些基因都是下调表达,FLS的显著上调表达促进了白花兴安杜鹃的黄酮醇代谢途径,影响了花青素合成,是产生白花的重要因素。(4)对转录组差异转录因子分析,MYB转录因子频度最高,共获得83个MYB差异转录因子,其中61个为R2R3-MYB;将其与已发表的近缘植物及模式植物的花色基因进行功能聚类,得到6类与类黄酮相关的MYB亚家族转录因子16个。通过转录组、代谢组联合分析,得到5个负调控和4个正调控花青素的MYB转录因子。利用NCBI进行同源蛋白序列比对及功能分析,认为MYBA和MYB12是产生兴安杜鹃与白花兴安杜鹃花色差异的关键转录因子。(5)克隆了RdMYBA(OQ633005)和RdMYB12(OQ633006)基因。在线生物信息学分析结果显示:RdMYBA、RdMYB12基因ORF区长度分别为780 bp、1356 bp,分别编码259个、451个氨基酸,基因序列与杜鹃花属植物参考基因组数据库同源基因序列一致性分别为93%和79%。亚细胞定位显示两个基因为细胞核和细胞质蛋白。对同源蛋白进行进化树和motif分析发现两个基因位于不同的进化支,含有不同的motif元件,功能存在差异。构建GV1300-RdMYBA-GFP和GV1300-RdMYB12-GFP植物过表达载体并通过叶盘法遗传转化烟草,发现转RdMYBA基因的烟草植株花青素显著积累,认为RdMYBA是兴安杜鹃花青素合成的关键基因;转RdMYB12基因的烟草则花色变淡,RTq PCR检测发现Nt FLS基因表达显著上调,使转RdMYB12基因烟草花青素合成受阻,与白花兴安杜鹃表型一致。构建了兴安杜鹃和白花兴安杜鹃花色调控模式图。