黄花蒿(Artemisia annua L.)是抗疟一线药物青蒿素的唯一的天然来源。青蒿素是抗疟青蒿素联合疗法(ACT)的活性成分,青蒿素联合疗法是目前可用的最有效的疟疾治疗方法。黄花蒿分布于亚洲东部、中部、北部、西南部各国及欧洲东部、中部、南部。我国是优质黄花蒿的主要分布区,高青蒿素含量黄花蒿野生资源主要集中在我国秦岭-淮河以南部分地区。近几年全球青蒿素用量在180吨左右,且主要是从黄花蒿叶片中提取得到,黄花蒿中青蒿素含量直接影响其提取成本,是制约青蒿素下游产业发展的关键环节之一。加强黄花蒿种质资源及遗传资源的收集整理,深入研究青蒿素合成机理及其影响因子,实现青蒿素优质原料高效制备是目前迫切需要解决的首要问题。本文收集和筛选全国黄花蒿核心种质资源,利用全基因组重测序技术检测15个核心产地种质基因组变异;联合全长转录组测序和二代测序技术、LC-MS分析等组学技术研究外源光照和植物激素对青蒿素合成的影响;通过广谱靶向代谢技术分析高、低含量两个核心种质内源代谢产物及lncRNA对其差异特征的关系。主要研究结果如下:1、重测序技术解析黄花蒿核心种质遗传变异信息课题组收集27个省(直辖市)80个市(县)野生和栽培型黄花蒿资源,建立种质资源库,通过资源评价筛选出15个核心产地种质资源进行重测序。15个黄花蒿样品产生43.64～81.99G的clean data数据,所有黄花蒿样本的比对率均介于98.49%和100.00%之间,而有效测序深度则在22.44X和38.67X之间浮动。通过重测序技术获得15个不同产地黄花蒿的全基因组变异位点信息,总数据量达995G,并构建黄花蒿基因变异多态性数据库。2、转录组测序揭示光和激素协同调控青蒿素代谢的分子机制光照和植物激素是重要的外界环境因素,可共同调节植物的各种生理过程。本文采用转录组和LC-MS综合评价了紫外光(Ultraviolet B Irradiation,UV-B)和赤霉素(Gibberellin,GA)协同处理对青蒿素合成的影响。结果表明UV-B和GA之间的串扰诱导青蒿素积累。本文共鉴定了 14762个不同处理之间差异表达的基因(DEGs)。UV-B和GA协同上调青蒿素生物合成关键基因ADS和CYP71AV1的表达,促进青蒿素的积累。根据高表达水平,共鉴定出84个共表达的转录因子。其中,MYB和NAC TFs主要参与调控青蒿素的生物合成。加权基因共表达网络分析表明,蓝色模块中GA+UV与青蒿素合成呈正相关,候选HUB基因与促进青蒿素的生物合成相关,以此响应GA+UV的处理。3、全长转录组测序揭示光处理对黄花蒿可变剪接的表达分析可变剪接(Alternative splicing,AS)在植物中是广泛而复杂的。通过结合三代测序技术的长读长和二代测序技术短读长的优势互补来构建黄花蒿全长转录组数据库,获得一套黄花蒿可变剪接的新数据集。本研究共鉴定11832个AS事件,其中5854个为内含子保留型(Intronretention,IR)。IR占AS总数的48.48%,说明黄花蒿中最常见的AS事件是IR。在蓝光、红光和远红光处理后,上调表达的IR的数量多于下调的IR的总数。以白光和黑暗作对照,蓝光、红光、远红光处理后表达量上调的IR isoform数量是下调的IR isoform数量的两倍多。GO富集结果表明,有些基因具有特殊的功能,可以产生多种isoform。在青蒿素生物合成途径中,有10个基因共产生26种isoform,其中包括16种IR isoform、2种AA isoform和8种其他isoform。因此,IR isoform的表达受蓝光、红光和远红光的调控,并参与青蒿素的生物合成。4、青蒿素生物合成调控相关lncRNA鉴定与预测通过探讨高、低青蒿素含量的两种黄花蒿核心种质YQ7和JL1的广谱靶向代谢组差异,结合黄花蒿转录组数据,揭示lncRNA与两种化学型差异的关系。代谢组学共鉴定到454个差异代谢物,分别在YQ7和JL1中鉴定到416个和405个差异化合物,YQ7和JL1在代谢组分中存在明显差异。从已有的萜类化合物数据库中共鉴定到16种倍半萜类化合物和2种三萜类化合物。转录组分析共鉴定到1419个novel lncRNA,通过对不同化学型样本的转录组差异表达分析,鉴定具有差异表达的候选lncRNA共264个,为后续探讨lncRNA在青蒿素生物合成调控中可能扮演的角色奠定了基础。本研究建立了黄花蒿核心种质遗传信息数据库,通过组学技术对青蒿素合成的外源因素和内源因素进行了研究,为揭示青蒿素合成机制、培育高产株系等奠定了基础。