随着人们对营养健康日益关注,食品等天然色素取代人工合成色素逐渐成为一种趋势。万寿菊(Tagetes erecta)富含大量色素物质,尤其是类胡萝卜素,成为提取类胡萝卜素的重要植物资源。现在,人们对类胡萝卜素合成途径的主要过程及催化相关反应的酶已经比较清楚,但特定植物物种中这一合成途径的主要功能基因及其差异表达仍待具体系统分析,尤其是如万寿菊等富含类胡萝卜素的植物资源。尽管万寿菊具有较高的营养保健和经济价值,但已报道的基因信息却非常有限。本研究经筛选选取了8个国内外色素万寿菊品种进行种植,通过比较各品种产量相关的农艺性状,以及花瓣中色素含量等指标,确定“Juwang”万寿菊为优质品种资源,作为后续的实验材料。以“Juwang”万寿菊叶、未成熟花和成熟花构建了9个cDNA文库,使用Illumina Hiseq 2000进行转录组测序,并对序列进行组装和注释。测序共获得45.66 Gb核苷酸,组装72,499个基因序列。在NR、Swiss-prot、COG、GO、KOG、KEGG和Pfam公共数据库中注释了34,892(48.13%)个基因序列,其中与次级代谢物质生物合成途径相关的基因占有较大比例,这些基因资源将为重要代谢物质的遗传信息发掘奠定基础。进一步对万寿菊不同组织、发育阶段差异表达基因进行分析,共确定11,721个显著差异基因,主要富集于次生代谢产物生物合成和光合作用途径。同时,由转录组学信息鉴定了351个稳定表达基因,并从中选取7个候选基因,对其作为内参基因的表达稳定性进行定量验证和评估。利用转录组数据,本研究着重对万寿菊类胡萝卜素合成途径基因进行了分析,确定了该途径催化酶的基因序列、转录本数量以及不同组织、花发育阶段中的表达量变化趋势。结果表明,万寿菊类胡萝卜素合成途径中多个催化酶发生了基因扩增,揭示了万寿菊高色素含量的一个可能机制。同时,利用本文新确定的内参基因,通过定量PCR检测类胡萝卜素生物合成途径相关基因的表达水平,并对其中4个基因的全长序列进行克隆测序,进一步验证转录组测序组装与分析结果的准确性。此外,采用农杆菌介导法将万寿菊的类胡萝卜素合成途径基因TePDS1和TeLCYB进行番茄遗传转化,对其功能及在果实色素品质改良中的应用潜力进行了初步探讨。总之,本研究为阐明植物类胡萝卜素合成分子机理、培育高类胡萝卜素含量植物品种和改良食品色素营养品质提供了新的基因资源和理论依据。