三角枫(Acer buergerianum Miq.)是槭树科(Aceraceace)槭属(Acer)的落叶乔木,是中国自然分布广泛的优良槭树之一,也常在日本、韩国及美国种植。三角枫作为观赏树种,通常应用于公园,花园及道路两侧,亦可做盆栽观赏。另一方面,三角枫生长迅速,干型通直,也可作为木材使用。普通三角枫春季嫩叶紫红色,后逐渐转绿,春季观赏期短。本课题组培育的三角枫品种‘齐鲁金’是一种黄叶突变体,春季嫩叶金黄色,后逐渐转绿,极大的提高了三角枫的春季观赏性。然而,对于三角枫‘齐鲁金’的生理变化和分子机制均不明确,需要我们进一步研究。本研究以三角枫金叶品种‘齐鲁金’和普通品种‘2016S4’的嫩叶、过渡期叶和成熟叶为材料,通过扫描电镜观察三角枫突变体超微结构的变化;测定叶片中的色素的含量;测定叶片的光合作用;进行转录组De novo测序并进行差异表达基因分析,筛选三角枫‘齐鲁金’叶片呈色相关的差异表达基因;联合分析阐明三角枫‘齐鲁金’黄叶形成及后期转绿的呈色机理。主要研究结果如下:(1)超微结构观察发现,三角枫‘2016S4’叶片的叶肉细胞中,叶绿体呈现较规则的近椭圆形,结构清晰,基质和基粒片层明显,排列整齐,嗜锇颗粒较少,淀粉颗粒较多。三角枫‘齐鲁金’叶片的叶肉细胞中,叶绿体形状较不规则,结构基本可见,基粒基本看不到,基粒片层排列松散,还有有断裂或缺失,嗜锇颗粒较多,染色较浅。(2)色素含量测定结果显示,三角枫‘齐鲁金’嫩叶期叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量均显著降低,类胡萝卜素含量升高,总叶绿素/类胡萝卜素比率仅为‘2016S4’的三分之一左右。三角枫‘齐鲁金’叶绿素含量随着生长时期的改变呈上升趋势,成熟叶中叶绿素含量达到‘2016S4’的70%,成熟叶总叶绿素/类胡萝卜素比率略低于‘2016S4’。三角枫‘齐鲁金’三个时期花色素苷及总黄酮含量均显著低于‘2016S4’。光合作用测定结果显示,5-9月三角枫‘齐鲁金’叶片的净光合速率均低于‘2016S4’,其中5月和6月下降的最多,分别下降了71.25%和56.23%,而7月下降的最少,下降了32.23%。(3)本试验使用BGISEQ-500平台对三角枫‘齐鲁金’和‘2016S4’三个时期的叶片进行转录组测序,一共测得了123.59Gb数据。装配去冗余后获得82008个Unigene,总长度为135271472 bp、平均长度为1649 bp、N50为2243 bp、GC含量为40.56%。把Unigene比对到7个功能数据库进行注释,最终有86.15%的Unigene获得功能注释。从Unigene中预测得到57,471个编码序列(CDS)。转录因子(TF)预测结果显示,共有2470条基因得到预测结果,所属57个转录因子家族。(4)对三角枫‘齐鲁金’的嫩叶(QN)、过渡期叶(QG)、成熟叶(QL)和‘2016S4’的嫩叶(SN)、过渡期叶(SG)、成熟叶(SL)进行了差异基因分析。将差异基因比对到GO数据库,根据差异表达基因检测结果分为3大功能类和47个小功能类。将差异表达基因进行比对到KEGG数据库,共分为5大分支和19个小分支。(5)对三角枫叶片呈色的相关基因进行了筛选和分析,从叶绿素合成、类胡萝卜素合成、类黄酮合成等途径中共鉴定出75个差异表达基因,另外通过转录因子预测,筛选出叶色相关的180个下调的转录因子基因。(6)与‘2016S4’相比,‘齐鲁金’叶绿素合成途径中关键基因HEMA、HEMC、CHLM及GLK转录因子表达下调导致叶绿素合成减少。类胡萝卜素合成途径中PSY、PDS、CRTZ、CCS基因的表达上调造成类胡萝卜素大量积累。类黄酮合成途径中C4H、CHS、F3’H、F3’5’H、LAR基因以及MYB、bHLH转录因子表达下调造成花色苷合成大幅降低。这些色素比例的改变最终使‘齐鲁金’嫩叶呈现出黄色。与‘齐鲁金’嫩叶相比,齐鲁金成熟叶中叶绿素合成途径的HEMC、POR基因表达上调,叶绿素合成量积累。总叶绿素/类胡萝卜素的比率增大,叶片由黄色转为绿色。(7)对12个显著差异表达的基因进行了qRT-PCR验证,12个基因中有11个基因的表达趋势与转录组数据一致,准确率为92%,表明转录组数据稳定可靠。综上所述,本试验通过生理测定和转录组测序结合,初步阐明了三角枫‘齐鲁金’叶片呈色的机制,为后期进一步利用该品种提供了理论依据,为进一步研究三角枫叶片的着色机制提供了有价值的分子依据。