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桑椹是桑属（Morus spp.）植物的果实，不但营养价值高，而且具有多种保健功能，被国家卫生部列入“既是食品又是药品”的名单，成为开发功能性食品的优质原料。桑椹资源丰富，以色泽划分主要有红紫色和白色等不同品种，目前国内主栽的是“大10”品种，是第一个通过国家审定的桑椹品种，“白玉王”等也在生产中得到很好的推广。桑椹品种的品质差异不仅在色泽，还有可溶性糖、有机酸、黄酮类化合物含量等。本研究选取“大10”和“白玉王”2个桑果品种为材料，利用UPLC-MS/MS和Illumina HiSeq4000等技术开展黄酮类化合物组分及生物合成差异研究，主要研究结果：
1.代谢组分析“大10”与“白玉王”桑椹黄酮类化合物差异
采用UPLC-MS/MS技术，对“大10”和“白玉王”成熟期果实的黄酮类化合物进行分析，正负离子模式共鉴定出375种黄酮类化合物，如查尔酮类与二氢查尔酮类化合物26种、黄酮与二氢黄酮类化合物91种、黄酮醇与二氢黄酮醇类化合物77种、黄烷醇与花色素苷类化合物56种。
“大10”与“白玉王”桑椹黄酮类化合物的含量存在差异。查尔酮与二氢查尔酮类化合物有差异的16种，其中醌式红花苷、柚配基查尔酮、2-O-甲基臭豆醇和等根皮苷在“大10”中含量高于“白玉王”，圣草酚查尔酮、去甲基黄腐酚、胡椒碱B等在“大10”中含量低于“白玉王”。黄酮与二氢黄酮类化合物差异的73种，其中木犀草素、桔皮素、柚皮素等在“大10”中含量高于“白玉王”，汉黄芩素、圣草酚、杜荆素等在“大10”中含量低于“白玉王”。黄酮醇与二氢黄酮醇类化合物有差异的61种，其中山奈酚、槲皮素、二氢槲皮素等在“大10”中含量高于“白玉王”，二氢山奈酚、杨梅素等在“大10”中含量低于“白玉王”。黄烷醇与花色素苷类化合物有差异的34种，其中矢车菊素、天竺葵素、飞燕草素等在“大10”中含量高于“白玉王”，无色矢车菊素、(-)-表没食子儿茶素、(+)-没食子儿茶素等在“大10”中含量低于“白玉王”。
2.“大10”与“白玉王”桑椹的转录组测序及差异表达基因分析
对桑椹品种“大10”和“白玉王”成熟期的桑椹进行转录组测序，分析对比2个品种桑椹相关基因表达谱的变化。测序得到32155条基因序列，进一步富集得到3560个差异表达基因，1551个差异表达基因在GO数据库具有功能定义，537个差异表达基因注释到了KEGG数据库。KEGG数据库功能注释关联到216条代谢途径，类黄酮物质代谢相关途径主要有苯丙烷类合成、类黄酮生物合成、黄酮和黄酮醇合成，筛选到黄酮类化合物生物合成的相关差异表达结构基因54个。SWISS-prot和Pfam数据库蛋白结构注释，分析得到可能参与黄酮类化合物合成调控的转录因子MYB有3个MYB176、MYB116和MYB188，转录因子bHLH有2个bHLH102、bHLH227，转录因子WD40有3个WD40-227、WD40-201和WD40-231。2种桑果在黄酮类化合物代谢相关的基因表达存在差异。
3.代谢组与转录组联合分析“大10”与“白玉王”桑椹黄酮类化合物的差异
“大10”中黄酮类化合物的代谢主要途径为柚配基查尔酮，柚皮素、二氢山奈酚、山奈酚及其衍生物，二氢槲皮素，槲皮素及其衍生物、天竺葵素及其衍生物、矢车菊素及其衍生物。“白玉王”中黄酮类化合主要代谢途径为去甲基黄腐酚，柚配基查尔酮、柚皮素、二氢山奈酚；圣草酚查尔酮、圣草酚、二氢槲皮素、无色矢车菊素，杨梅素。“大10”中标志代谢物为矢车菊素-3-葡萄糖苷，“白玉王”中标志代谢物为去甲基黄腐酚。
转录组与代谢组联合分析进行验证，“大10”果实中黄酮类合成的关键基因有CHS242、CHI147、F3’H236、F3’H375、DFR168、ANS206和GT155，“白玉王”果实中参与黄酮类化合物合成的关键基因有CHI226、FLS199、FLS265和DFR215。
4.桑椹转录因子bHLH的克隆与分析
转录因子MYB中推测MYB176参与负向调控“白玉王”中黄酮类化合物合成，bHLH102和WD40-227同样参与负向调控，bHLH227在果实成熟转色S3中表达量显著差异，可能参与了“大10”中花色素苷途径的调控。
bHLH102与苹果的MdbHLH33同源性92%，推测其参与了花色素苷途径调控。利用RACE技术克隆获得bHLH102全长片段大小为2099bp，对该基因进行生物信息学分析，预测可编码氨基酸的数量为624个，N端存有bHLH-MYC超家族，靠近C端为HLH结构域。bHLH102属于疏水性蛋白，定位在细胞核中。对三级结构预测含有多个α-螺旋和β-折叠结构。通过上述分析，为解析“白玉王”中果实颜色消失的分子遗传机理，和新品种选育提供了理论依据。
1.代谢组分析“大10”与“白玉王”桑椹黄酮类化合物差异
采用UPLC-MS/MS技术，对“大10”和“白玉王”成熟期果实的黄酮类化合物进行分析，正负离子模式共鉴定出375种黄酮类化合物，如查尔酮类与二氢查尔酮类化合物26种、黄酮与二氢黄酮类化合物91种、黄酮醇与二氢黄酮醇类化合物77种、黄烷醇与花色素苷类化合物56种。
“大10”与“白玉王”桑椹黄酮类化合物的含量存在差异。查尔酮与二氢查尔酮类化合物有差异的16种，其中醌式红花苷、柚配基查尔酮、2-O-甲基臭豆醇和等根皮苷在“大10”中含量高于“白玉王”，圣草酚查尔酮、去甲基黄腐酚、胡椒碱B等在“大10”中含量低于“白玉王”。黄酮与二氢黄酮类化合物差异的73种，其中木犀草素、桔皮素、柚皮素等在“大10”中含量高于“白玉王”，汉黄芩素、圣草酚、杜荆素等在“大10”中含量低于“白玉王”。黄酮醇与二氢黄酮醇类化合物有差异的61种，其中山奈酚、槲皮素、二氢槲皮素等在“大10”中含量高于“白玉王”，二氢山奈酚、杨梅素等在“大10”中含量低于“白玉王”。黄烷醇与花色素苷类化合物有差异的34种，其中矢车菊素、天竺葵素、飞燕草素等在“大10”中含量高于“白玉王”，无色矢车菊素、(-)-表没食子儿茶素、(+)-没食子儿茶素等在“大10”中含量低于“白玉王”。
2.“大10”与“白玉王”桑椹的转录组测序及差异表达基因分析
对桑椹品种“大10”和“白玉王”成熟期的桑椹进行转录组测序，分析对比2个品种桑椹相关基因表达谱的变化。测序得到32155条基因序列，进一步富集得到3560个差异表达基因，1551个差异表达基因在GO数据库具有功能定义，537个差异表达基因注释到了KEGG数据库。KEGG数据库功能注释关联到216条代谢途径，类黄酮物质代谢相关途径主要有苯丙烷类合成、类黄酮生物合成、黄酮和黄酮醇合成，筛选到黄酮类化合物生物合成的相关差异表达结构基因54个。SWISS-prot和Pfam数据库蛋白结构注释，分析得到可能参与黄酮类化合物合成调控的转录因子MYB有3个MYB176、MYB116和MYB188，转录因子bHLH有2个bHLH102、bHLH227，转录因子WD40有3个WD40-227、WD40-201和WD40-231。2种桑果在黄酮类化合物代谢相关的基因表达存在差异。
3.代谢组与转录组联合分析“大10”与“白玉王”桑椹黄酮类化合物的差异
“大10”中黄酮类化合物的代谢主要途径为柚配基查尔酮，柚皮素、二氢山奈酚、山奈酚及其衍生物，二氢槲皮素，槲皮素及其衍生物、天竺葵素及其衍生物、矢车菊素及其衍生物。“白玉王”中黄酮类化合主要代谢途径为去甲基黄腐酚，柚配基查尔酮、柚皮素、二氢山奈酚；圣草酚查尔酮、圣草酚、二氢槲皮素、无色矢车菊素，杨梅素。“大10”中标志代谢物为矢车菊素-3-葡萄糖苷，“白玉王”中标志代谢物为去甲基黄腐酚。
转录组与代谢组联合分析进行验证，“大10”果实中黄酮类合成的关键基因有CHS242、CHI147、F3’H236、F3’H375、DFR168、ANS206和GT155，“白玉王”果实中参与黄酮类化合物合成的关键基因有CHI226、FLS199、FLS265和DFR215。
4.桑椹转录因子bHLH的克隆与分析
转录因子MYB中推测MYB176参与负向调控“白玉王”中黄酮类化合物合成，bHLH102和WD40-227同样参与负向调控，bHLH227在果实成熟转色S3中表达量显著差异，可能参与了“大10”中花色素苷途径的调控。
bHLH102与苹果的MdbHLH33同源性92%，推测其参与了花色素苷途径调控。利用RACE技术克隆获得bHLH102全长片段大小为2099bp，对该基因进行生物信息学分析，预测可编码氨基酸的数量为624个，N端存有bHLH-MYC超家族，靠近C端为HLH结构域。bHLH102属于疏水性蛋白，定位在细胞核中。对三级结构预测含有多个α-螺旋和β-折叠结构。通过上述分析，为解析“白玉王”中果实颜色消失的分子遗传机理，和新品种选育提供了理论依据。