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牡丹(Paeonia suffruticosa)为芍药科芍药属多年生灌木,是中国最重要的观赏花卉之一,也是世界名花。目前全世界栽培有2000多个形态各异、色彩丰富的品种,其中约1200个栽培牡丹品种,存在雄蕊瓣化现象,所占比例高达60%,因此雄蕊瓣化是牡丹花型丰富、奇特的主要原因。研究牡丹雄蕊瓣化机制,对于栽培牡丹和其他观赏植物重瓣花型品种选育以及生产实践有指导意义。本研究以传统牡丹栽培品种’二乔’、’乌龙’、’玉楼春’为研究对象,对显蕾期花瓣、瓣化雄蕊、雄蕊和露色期花瓣进行了转录组研究,初步解析了栽培牡丹雄蕊瓣化的机制以及花器官形成机制;并对牡丹花器官形成具有决定作用的MADS-box基因家族进行了进化分析。主要结果如下:1.转录组测序。通过二代Illumina Hiseq测序平台对’二乔’、’乌龙’、’玉楼春’三个栽培品种显蕾期花瓣、瓣化雄蕊、雄蕊和露色期花瓣共12个样品进行了深度转录组测序,测得原始数据136.61Gb,有效数据118.68Gb。组装去冗余得到177312 个 Unigene,平均长度为 1038bp,N50 为 1664bp。最终有 102577(57.85%)个 Unigene在NR、NT、Swissprot、COG、KEGG、GO、Interpro 七大数据库得到功能注释,根据注释结果共检测出95152个CDS。2.比较转录组分析。采用EBSeq法分析显蕾期各部分组织差异表达基因表明:花瓣和雄蕊差异表达基因2423个上调表达1181(48.74%)个,下调表达1242个(51.26%)个;花瓣和瓣化雄蕊差异表达基因601个(上调436个,下调165个);瓣化雄蕊和雄蕊差异表达基因451个(上调364个,下调87个),通过GO和KEGG富集分析,共筛选出与雄蕊瓣化相关的6个下调表达的MADS-box基因,即:控制花瓣形成的AGL6基因和3个AP1基因,调控花瓣和雄蕊的AP3基因以及调控各轮花器官形成的SEP基因。3.基因表达量分析。运用Unigene的FPKM值和NR注释结果,对ABC(D)E花发育涉及的基因表达量分析表明:A类基因(AP1和AP2)在花瓣中表达量高于瓣化雄蕊,在雄蕊中表达量极低,参与花瓣和瓣化雄蕊器官身份决定的调控;B类基因(AP3和PI)在各部分组织中高表达,调控花瓣、瓣化雄蕊和雄蕊的形成;C类基因(AG和SHP)在雄蕊中表达量最高,在瓣化雄蕊中表达量减半,在花瓣中几乎不表达,调控瓣化雄蕊和雄蕊的形成;E类基因(SEP)在各部分组织中均表达,调控各轮花器官的形成。因此栽培牡丹雄蕊瓣化可能是由于C类基因(AG和SHP)表达受到抑制,B类基因(AP3和PI)高表达造成的,同时需要A类基因(AP1和AP2)和E类基因(SEP)共同调控。4.牡丹MADS-box基因家族进化分析。采用HMMER research的方法鉴定到75条MADS-box Unigene序列,与拟南芥共同构建Maximum likehood树,根据同源功能注释和系统进化分析表明:牡丹Ⅰ型分为Mα、Mβ、Mγ和Mδ 4个亚家族,共24条Unigene序列。牡丹Ⅱ型可分为12个亚家族,共51条Unigene序列。得到ABC(D)E花发育同源异型基因44个,其中38个为MADS-box基因,6个为AP2基因。本研究利用转录组技术进行栽培牡丹雄蕊瓣化研究。构建了高质量的转录数据库,获得了候选差异表达基因,并在栽培牡丹MADS-box基因家族进化研究的基础上,对ABC(D)E花发育模型涉及到的花器官发育相关基因进行分析,初步推测栽培牡丹雄蕊瓣化是由于AG(AGAMOUS)基因表达受到抑制,引起PI基因高表达造成的。并提出了栽培牡丹雄蕊瓣化的调控模型,为观赏植物重瓣花型的形成机制提供理论参考。