色素在花被（花萼和花冠）中不均衡的分布构成植物其独特的花色,它能够帮助植物吸引传粉者,同时也是花卉重要的观赏特性之一。因此,通过探索植物花色形成的分子机制可以为植物进化研究和花卉品种改良提供重要的信息和理论依据。尽管许多研究已经报道了色素在花瓣中的合成机制,但是由不同类别色素在花被中不均衡分布所构成的花色的形成分子机制还尚未被系统地报道和描述过。大多数植物的萼片通常为绿色,这在一定程度上限制了花色的色彩丰富度。兰科（Orchidaceae）植物的花通常有三个萼片、两个花瓣和一个由花瓣所特化而成的唇瓣。兰花的萼片和唇瓣通常跟花瓣一样拥有艳丽的颜色,这使得兰科植物的花色更加丰富多彩。卡特兰‘KOVA’（Rhyncholaeliocattleya Beauty Girl‘KOVA’）是有名的观赏兰花,其花拥有白粉色的萼片和花瓣、紫红色的上唇瓣和黄色的下唇瓣,是研究包含多种色素的花色的形成分子机制的理想材料。本研究以‘KOVA’为对象,通过花被发育过程中各部位的颜色变化观察、二代转录组、三代转录组、代谢组和基因瞬时过表达实验等技术与手段探究了‘KOVA’花色形成的分子机制。主要研究结果如下:（1）‘KOVA’萼片、花瓣、上唇瓣和下唇瓣在花苞长度小于2 cm（Developmental stage1,D1）、2-3 cm（Developmental stage 2,D2）、3-4 cm（Developmental stage 3,D3）、4-5 cm（Developmental stage 4,D4）、5-6 cm（Developmental stage 5,D5）和大于6 cm（Developmental stage 6,D6）及开放2天（Developmental stage 7,D7）和开放10天（Developmental stage 8,D8）的颜色表型主要有四种状态:第一种状态出现在D2时期之前,四个部位均未出现任何红色或黄色的区域;第二种状态为D2到D7时期之前的花苞,其萼片、花瓣和下唇瓣由绿色转变为不同程度的黄绿色,上唇瓣出现深紫红色且着色面积不断扩大;第三种状态的代表为D7时期,萼片、花瓣和下唇瓣呈现出不同程度的黄绿色,上唇瓣的紫红色着色面积继续扩大但颜色深度减弱;第四种状态代表为D8时期,萼片和花瓣呈现白粉色,上唇瓣紫红色着色面积扩大至最大,颜色深度较之前的阶段更浅,而下唇瓣则完全变为黄色。（2）花青苷中的矢车菊苷为‘KOVA’花被中白粉色和紫红色表型的主要贡献者,其中矢车菊素O-乙酰基己糖苷可能为最主要的贡献者;类胡萝卜素为花被中黄色表型的主要贡献者,其中叶黄素和α胡萝卜素可能为下唇瓣黄色表型的最主要贡献者。这三种色素在‘KOVA’花被中时空特异性的积累过程分为三个阶段。阶段Ⅰ（D2之前的时期）中,花青苷生物合成通路（Anthocyanin biosynthesis pathway,ABP）和类胡萝卜素生物合成通路（Carotenoid biosynthesis pathway,CBP）中的结构基因未被激活导致没有红色和黄色在四个组织部位中出现。阶段Ⅱ（从D2到D7之前）中,ABP的大部分结构基因在上唇瓣中的特异性高表达,使其在此阶段能够积累大量矢车菊苷,并呈现出深紫红色。此外,CBP的大部分结构基因在此时期的四个部位中均未被激活,导致它们无法积累足够的类胡萝卜素,并呈现出明显的黄色表型。阶段Ⅲ（D7到D8）中,萼片、花瓣和上唇瓣中的ABP的结构基因都表达上调,但它们的表达量低于它们在阶段Ⅱ上唇瓣中的表达量,这可能是萼片和花瓣中只能积累少量的矢车菊苷从而最终显白粉色的主要原因。与此同时,由于ABP的结构基因表达量在上唇瓣中持续减弱,可能导致了上唇瓣中矢车菊苷的积累量减少,最终由阶段Ⅱ中的深紫色转变为紫红色。尽管CBP大部分的结构基因在此阶段四个部位中的表达量均出现上调,但PSY和BCH1仅在下唇瓣中持续地高表达,这可能是导致能够积累大量叶黄素和α胡萝卜素大量积累并显黄色的主要原因;而BCH2和CYP97A3在萼片、花瓣和上唇瓣中无法持续表达,以及CCD7的特异性高表达可能导致了它们无法积累大量叶黄素和α胡萝卜素并无法呈现出黄色表型。因此,ABP和CBP结构基因的时空特异性表达导致色素在花被空间上的特异性积累是促成‘KOVA’花色形成的直接原因。（3）筛选出两个可能参与‘KOVA’花被中ABP结构基因调控的R2R3-MYB转录因子Rhyncholaeliocattleya promoted anthocyanin pigmentation 1（Rc PAP1）和Rhyncholaeliocattleya promoted anthocyanin pigmentation 2（Rc PAP2）,以及一个可能参与调控CBP结构基因的R2R3-MYB转录因子Rhyncholaeliocattleya promoted carotenoid pigmentation 1（Rc PCP1）。在蝴蝶兰杂交种（Phalaenopsis hybrid）的花瓣中分别过表达RcPAP1和RcPAP2后,白色花瓣中ABP结构基因从PeF3H到PeANS的表达量均出现了上调现象,且花青苷含量增加并出现紫红色表型;过表达RcPCP1后,白色花瓣中PePSY、PeLCYE和PeBCH1的表达上调,且类胡萝卜素含量增加并出现淡黄色表型。三个R2R3-MYB转录因子、ABP和CBP结构基因在‘KOVA’花被发育过程中的表达模式分析的结果表明:在阶段Ⅱ中,RcPAP1在上唇瓣中的特异性表达可能上调了ABP大部分结构基因的表达,使上唇瓣能够积累大量的矢车菊苷并最终显紫红色;RcPAP2在阶段Ⅲ中特异性表达可能上调了萼片和花瓣中大部分ABP结构基因的表达,使这两个部位能够积累少量的矢车菊苷并最终显白粉色;RcPCP1在阶段Ⅲ下唇瓣中的特异性表达可能上调了PSY和BCH1的表达,使下唇瓣最终能够积累大量的叶黄素和α胡萝卜素并显黄色。因此,这三个转录因子的时空特异性表达可能在‘KOVA’花色形成中扮演了重要的角色。（4）在‘KOVA’的MADS-box基因中,AP3-1/3/4和AGL6-1可能参与了萼片的形成;AP3-1/2/3/4和AGL6-1可能参与了花瓣的形成;AP3-1/2/3/4和AGL6-2参与了唇瓣的形成。‘KOVA’花发育过程中,AP3-1/2/4和AGL6-2在紫红色上唇瓣和黄色下唇瓣之间表达量差异明显,同时这可能是造成两个部位出现明显表型差异的原因之一。‘KOVA’突变体M1唇瓣的形状和颜色与花瓣相似,其上唇瓣紫红色基本消失,下唇瓣黄色面积明显减少且呈淡黄色。M1上下唇瓣颜色性状的改变伴随着其AP3-/AGL6-like及与色素合成相关基因的表达量也发生了改变。此外,权重基因共表达结果显示AP3-1/4和AGL6-2分别与CBP的一些结构基因或RcPCP1在‘KOVA’花被发育过程中存在共表达关系。基于这些结果,本研究推测AP3-和AGL6-like基因可能参与了‘KOVA’花色的形成。基于所有实验结果和分析,本论文研究推测AP3-和AGL6-like、RcPAP1、RcPAP2和RcPCP1可能分别通过影响ABP和CBP结构基因的时空特异性表达,共同地调控了‘KOVA’花色的形成过程:在开花前,大量的矢车菊苷在上唇瓣中积累,使其最终显紫红色;在开花后,少量的矢车菊苷和类胡萝卜素在萼片和花瓣中积累使它们最终显白粉色,而大量的叶黄素和α胡萝卜素在下唇瓣中积累使其最终显黄色。这些研究结果在一定程度上揭示了‘KOVA’花色形成的分子机制,为日后兰科植物花色的分子育种打下了基础并提供了重要的基因资源,也为植物花色形成的相关研究提供了新的视角和见解。