除虫菊是一种重要的经济作物,以其花头富含有高量的杀虫次生代谢物除虫菊酯著称。除虫菊酯能在除虫菊地上部分合成,但是其中含量最高的合成器官为子房瘦果。前人证实位于除虫菊花和瘦果以及果皮外分泌管上的腺体组织能参与除虫菊酯的合成代谢。除虫菊酯合成途径的第一个关键步骤是利用菊基焦磷酸合成酶(CDS)催化两分子的烯丙基二磷酸(DMAPP)产生菊基二磷酸(CPP)。除虫菊TcCDS基因由FDS因家族通过基因复制进化而来,除虫菊TcCDS基因与菊科近缘植物青蒿体内的FDS基因具有70%的同源性。我们首次克隆了除虫菊TcCDS基因启动子并分析其腺体组织特异性,并且分析了启动子序列上结合不同转录因子以及响应环境和发育条件等能影响TcCDS表达和除虫菊酯合成的顺式元件,这为将来除虫菊更进一步的实验提供了一定的基础理论。同时,为利用腺体特异启动子所进行的代谢工程从而提高植物次生代谢物含量和产量提供了帮助。在以前的研究中,通过传统育种以及化学激素处理(乙烯利、矮壮素、多效唑)均能提高除虫菊酯的含量,但是相对于调控生物合成途径的代谢工程具有一定的局限性。目前还未有人尝试通过代谢工程提高除虫菊酯含量。在青蒿中,已有大量的工作证明通过超表达青蒿素合成途径的关键酶基因是提高青蒿素含量的有效方式。在本研究中,我们尝试通过超表达除虫菊TcCDS基因从而获得高含量除虫菊酯的转基因除虫菊株系。进而我们分析了CDS基因在菊花中的发生与遗传变异,并建立系统进化树分析CDS基因的功能,从而为种质资源收集与管理,利用基因生物多样性进行菊花新品种培育提供了重要的意义。另一方面,通过CDS基因的序列分析为我们更好的了解菊花及其野生近缘种的进化历史提供了帮助。主要结论如下：1.本研究中,我们克隆了除虫菊TcCDS姆基因启动子并分析了其腺体特异性。我们从除虫菊基因组DNA中克隆得到1128bp的TcCDS启动子片段。通过预测找到一些响应不同激素、光照和环境胁迫的顺式作用元件。并构建GUS报告基因转化烟草,转基因烟草GUS染色分析表明TcCDS启动子能特异在腺体细胞表达。本研究结果为研究能提高除虫菊酯积累的影响因子提高了理论依据,也为利用腺体特异性启动子避免对植株生长发育的不良反应从而进行代谢工程提供了有效方式。2.为了探明除虫菊中除虫菊酯代谢路径关键基因TcCDS的功能,通过在除虫菊中超量表达TcCDS基因,进一步研究它对除虫菊酯合成的影响。通过NPTⅡ对转基因株系进行阳性鉴定,结合qRT-RCR对转基因阳性植株的TcCDS基因表达量进行分析,结果表明,超表植株与对照相比,TcCI OS基因表达量更高。通过HPLC对转基因植株的除虫菊酯含量测定发现其,转基因株系T2-4的除虫菊酯含量是非转基因的3倍。这些结果表明,除虫菊TcCDS基因在除虫菊酯的合成中起到关键的调控作用。3.为研究CDS的分子进化与系统发生性,分析菊科植物的关系。我们利用巢式PCR克隆了CDS基因1000bp左右的基因组DNA片段.同时对16种来自中国,日本,荷兰的野生种进行了测序。结果表明：内含子区域每有效共同位点的核酸替换率远高于外显子区域,这表明存在进化限制。分子进化分析表明每个位点的同义替换与非同义替换数量有明显的差别。通过bootstrap NJ法建立CDS基因系统进化树指出三个种间杂交种C x coreanum,C.x pekinense和C.x indicum位于同一组,并且与两个日本种和C.indicum很接近。C indicum作为中国古老的种最接近于现代杂交品种。CDS基因序列为菊花和其野生种的进化历史提供了更好的强有力的证据。