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蕨类植物是介于苔藓植物和种子植物之间的早期维管植物。蕨类植物产生的次级代谢产物种类繁多,主要包括苯丙类、黄酮类、萜类和生物碱类等。其中常见的黄酮类和萜类化合物除了在植物生长发育过程中发挥重要作用,还具有多种临床应用价值。萜类化合物是一类由异戊二烯结构单元组成的化合物的统称,由萜合酶（terpene synthase,TPS）催化生成。根据形成产物结构不同,植物TPS主要分为单萜合酶、倍半萜合酶和二萜合酶;根据基因结构和在进化树中的位置不同分为典型植物萜合酶（typical plant terpene synthases）和微生物型萜合酶（microbial terpene synthase-like,MTPSL）,典型植物萜合酶多存在于种子植物中且研究深入,而微生物型萜合酶基因目前在非种子植物中鉴定出34个,其中只有三个来源于蕨类植物,因此蕨类植物萜合酶基因的功能鉴定和催化特点等有待进一步研究。黄酮类化合物是一类由两个苯环（AB环）通过中间三个碳原子（含氧杂环-C）相互连接形成的化合物。在植物类黄酮生物合成过程中,黄酮合酶Ⅰ（flavone synthase Ⅰ,FNS Ⅰ）、黄烷酮 3-羟化酶（flavanone-3-hydroxylase,F3H/FHT）、黄酮醇合酶（flavonol synthase,FLS）和花色素合酶（anthocyanidin synthase,ANS）都属于 2-酮戊二酸/Fe（Ⅱ）依赖性双加氧酶（2-oxoglutarate/Fe（Ⅱ）-dependent dioxygenases,2-ODDs）家族,参与C环的氧化修饰。目前对黄酮2-ODDs的研究多集中在种子植物中。虽然众多化学成分研究工作都表明蕨类植物中含有丰富的黄酮、黄酮醇和花色素类化合物,参与这些化合物生物合成的关键酶基因目前尚未鉴定,只报道了蕨类植物问荆（Equisetumarvense）的植物总蛋白具有FNS、F3H和FLS活性。为了进一步了解蕨类植物TPSs和类黄酮生物合成2-ODDs的功能、催化规律和进化特点,本文通过分析蕨类植物转录组数据库,筛选出相关基因进行研究。主要内容如下:1.蕨类植物中微生物型萜合酶基因广泛存在,31种蕨类植物转录组数据库中共筛选得到40个MTPSL基因。对这40个基因做多序列比对发现它们的天冬氨酸富集基序有两种类型。然后将这些序列和已有文献报导的34个MTPSL序列以及来自植物、真菌、细菌的萜合酶序列做进化树分析。结果表明43个蕨类植物MTPSL基因聚成一簇,紧靠江南卷柏MTPSL序列;对比于常见植物萜合酶,它们在进化树中的位置更靠近真菌、细菌萜合酶。然后从天冬氨酸富集区形式不同的两组序列中挑选了来自铁线蕨（Adiantum capillus-veneris）、华南毛蕨（Cyclosorus parasiticus）、团叶檞蕨（Drynaria bonii）和阔叶鳞盖蕨（Microlepia platyphylla）的 4 个 MTPSL 基因,分别命名为 AcMTPSL1、CpMTPSL1、DbMTPSL和MpMTPSL。将这4个基因分别在大肠杆菌中进行原核表达从而获得可溶性重组蛋白。分别以GPP和FPP作为底物对4个纯化蛋白进行体外酶活实验。结果表明,这4个重组蛋白都具有单萜和倍半萜合酶活性,而且单萜合酶活性强于倍半萜。相比较于CpMTPSL1和DbMTPSL,AcMTPSL1和MpMTPSL催化活性更强,催化产物更具多样性。亚细胞定位实验结果表明这4个基因都能定位在细胞质和细胞核中,CpMTPSL1和MpMTPSL还能定位在质体中。为了研究AcMTPSL1基因在植物应对体外胁迫过程中所起的作用,我们用茉莉酸甲酯（methy1 jasmonate,MeJA）处理铁线蕨（A capillus-veneris）,处理后植物体内AcMTPSL1基因表达量呈上升趋势,24小时后达到最高,然后逐渐降低到处理前水平,说明AcMTPSL1一定程度上能抵御外界胁迫。2.我们从美叶车前蕨（Antrophyum callifolium）、剑叶书带蕨（Haplopteris amboinensis）、蜈蚣凤尾蕨（Pteris vittata）、鞭叶铁线蕨（Adiantum caudatum）和竹叶蕨（Taenitis blechnoides）5种凤尾蕨科植物转录组分析数据中各筛选出一个类黄酮合成相关2-ODD基因,分别命名为Ac2-ODD、Ha2-ODD、Pv2-ODD、Aca2-ODD和Tb2-ODD。将这5个凤尾蕨科植物类黄酮2-ODD基因和10个来源于苔藓、裸子、被子植物中的类黄酮2-ODD基因做序列比对,结果发现这15个基因的序列相似度较高,2-OG、Fe2+结合的功能基序HxDxnH和RxS均严格保守。然后将这5个序列和29个其它植物类黄酮2-ODD序列做进化树分析。系统发育树结果表明凤尾蕨科类黄酮2-ODD基因和江南卷柏、小立碗藓类黄酮2-ODD基因组成一簇,位于种子植物和苔藓植物2-ODD之间,和植物进化地位基本一致。为了进一步明确蕨类植物类黄酮2-ODD基因的功能,我们选择Ac2-ODD、Ha2-ODD和Pv2-ODD作为代表基因,构建到原核表达载体上进行蛋白纯化,以黄烷酮类和二氢黄酮醇类化合物作为底物进行体外酶活实验。HPLC分析结果表明Ac2-ODD和Ha2-ODD都具有FNS Ⅰ功能,Pv2-ODD同时具有FNS Ⅰ、F3H和FLS三种催化功能。