五味子为木兰科植物五味子Schisandra chinensis(Turcz.)Baill.的干燥成熟果实,习称“北五味子”,是我国传统中药材。五味子主要含有木脂素、黄酮、多糖等活性成分,具有收敛固涩,益气生津,补肾宁心之功效,常用于久嗽虚喘,梦遗滑精,遗尿尿频,久泻不止,自汗盗汗,津伤口渴,内热消渴,心悸失眠,具有重要的药用价值和经济价值。目前,五味子的研究多集中于化学成分分析、药理活性成分筛选以及药材品质评价等方面。虽然五味子栽培、育种以及生物学特性方面的研究也相继开展,但五味子中次生代谢产物合成途径的解析和关键酶基因的发掘工作尚未进行。没有这些信息,我们无法有效开展针对五味子中品质提升的次生代谢调控和分子辅助育种工作,限制了人们对五味子的研究。本研究利用广泛靶向代谢组学和高通量测序技术对果实成熟过程中的三个时期即绿果期、浅红果期和深红果期的五味子果实进行分析,解析五味子果实成熟过程中的转录调控及代谢变化,并通过转录代谢关联分析的手段对五味子中木脂素和黄酮生物合成途径进行挖掘,为解析五味子品质形成机制奠定基础。主要结果如下:(1)利用高通量测序技术对五味子果实成熟过程中的三个时期进行转录组分析,共获得83.29Gb Clean Data,各样品Clean Data均达到8.46Gb,Q30碱基百分比达到95.36%。组装后共获得81 095个Unigenes,平均长度为1 364 bp,其中长度在1kb以上的Unigene有18 489个。对Unigene进行功能注释,包括与NR、Swiss-Prot、KEGG、COG、KOG、GO和Pfam数据库的比对,共获得41 824个Unigenes的注释结果。对不同果期的差异转录组进行比较:绿果期和浅红果期相比,差异表达的基因共有413个,其中上调196个,下调217个。浅红果期和深红果期相比,共有1 144个基因差异表达,其中上调表达的基因500个,下调的644个。(2)利用广泛靶向代谢组学对五味子果实成熟过程中不同时期果实中的代谢产物进行鉴定,共鉴定了736个化合物。按照化合物类型可分为32个大类,最多的类别为氨基酸及氨基酸衍生物89个(12.09%),有机酸及其衍生物72个(9.78%),黄酮61个(8.28%),核苷酸及其衍生物54个(7.33%),其他类型成分注释到的数量均小于50个。运用多元统计分析,建立PLS-DA模型,对各时期组织间特异性进行分析,最终共鉴定15个潜在的差异代谢物(VIP>1,p<0.05)作为区分不同果期的代谢标记物。(3)深度挖掘了五味子转录组和代谢组中与木脂素生物合成相关基因和代谢产物,对木脂素生物合成途径进行了注释,并对木脂素类成分在果实成熟过程中的动态变化进行分析。从转录和代谢两个层面对木脂素类成分生物合成途径的转录调控变化进行了分析。同时利用WGCNA(Weighted gene co-expression network analysis)分析,构建了木脂素性状与基因之间的关联。共注释到木脂素生物合成途径基因84个,代谢产物22个。在“绿果-浅红果”期共有43个木脂素生物合成途径的基因与代谢产物变化相关,在“浅红果-深红果”期共有32个木脂素生物合成途径基因与代谢产物变化相关,共有23个基因同时参与到这两个时期,并与代谢产物变化相关。在此基础上通过与WGCNA结果联合分析后最终筛选到17个参与木脂素生物合成的重要基因。(4)对黄酮生物合成途径进行了注释。从转录水平和代谢水平两个层面对黄酮类成分的变化和途径的转录调控变化进行了分析。通过分析得到了黄酮生物合成途径化合物动态积累模式,也对注释到黄酮生物合成途径上的基因表达模式进行了挖掘。同时利用WGCNA分析构建了黄酮类成分与基因之间的关联。共注释到黄酮生物合成途径基因32个、代谢产物21个。在“绿果-浅红果”期共有26个黄酮生物合成途径的基因与代谢产物变化相关,在“浅红果-深红果”期共有20个黄酮生物合成途径基因与代谢产物变化相关,共有17个基因同时参与到这两个时期,并与代谢产物变化相关。在此基础上通过与WGCNA结果联合分析后最终筛选到8个参与黄酮生物合成的重要基因。