甘薯[Ipomoea batatas(L.)Lam]因其在世界粮食、饲料和能源作物中的重要作用而倍受青睐,紫色甘薯是一种薯肉呈紫色的特色甘薯,其中紫甘薯色素(purple sweet potato color简称PSPC)是从紫薯块根中浸提出的一种天然食用非脂溶性红色素,属于天然花青素类色素,色泽鲜艳、无毒、无味且具多种营养和药理保健作用。由已知的花青素生物合成途径可以看出,花青素的合成与积累依赖众多相关酶基因的参与和协同作用,此外花青素(anthocyanin)合成中一系列的酶促反应还受到转录因子的调控。在白色和紫色甘薯中花青素合成相关酶基因的表达特性研究存在分歧,花青素合成相关酶基因在白、紫甘薯中的表达差异性是怎样的,哪些是在白色甘薯中影响花青素合成与积累的主要关键酶有待证实。本实验选用花青素含量不同的八个甘薯栽培种作为供试材料,通过田间观察甘薯的植株形态特征,测量甘薯块根中的花青素含量,利用RT-PCR检测甘薯在栽后30d、60d、90d和120d四个时期和五个部位(叶、叶柄、茎、薯皮和薯肉)中,甘薯花青素生物合成途径的六个结构基因(IbCHS、IbCHI、IbF3H、 IbF3’H、IbDFR和IbANS)和调控因子MYB在甘薯中的时空表达差异性,分析花青素合成相关基因在白色和紫色甘薯不同时期不同部位的表达差异性。为今后白色甘薯与紫色甘薯花青素的开发利用以及分子研究奠定理论基础。主要研究结论如下：1.在时间上,IbCHS、IbCHI、IbF3H、IbF3’H、IbDFR和IbANS六个结构基因在甘薯的生长发育过程中,都是在早期(30d)的表达量较高,中期(60d-90d)的表达水平降低,到了后期(120d)基因的表达量有所增加。转录因子IbMYB基因在早期(30d)的紫色株系块根中表达且活性较高,白色系中只有Jian61的块根中有微弱表达,可能是因为其块根为白色带有紫晕。中后期IbMYB基因在紫薯块根中的表达水平不高,在白色系中未表达。2.在空间上,IbCHS、IbCHI和IbF3’H在白、紫色甘薯的叶、叶柄、茎、薯皮和薯肉中都有不同程度的表达量,在甘薯中的表达存在普遍性。其表达量的差异性是由于不同时期不同部位花青素苷含量的不同。IbCHS、IbCHI和IbF3’H三个基因家族处于花青素苷合成途径的上游位置,都是影响花青素合成的关键酶。另外三个结构基因IbF3H、IbDFR和IbANS在甘薯的地上器官都有表达,仅在紫色系甘薯的块根中表达,在白色甘薯的块根中未表达。是白色系与紫色系之间表达差异较大的三个结构基因,这三个基因处于花青素合成途径的下游位置,导致白色甘薯块根不能合成花青素极有可能是因为下游结构基因的催化受阻。转录因子IbMYB基因仅在紫色株系的块根中表达,地上部位未表达,白色系块根仅有少量表达,地上部位未表达。3.结合测量所得的八个甘薯块根花青素含量与RT-PCR检测图,发现花青素苷含量较高的材料,其IbF3H、IbDFR和IbANS三个结构基因的表达水平也较高,两者呈现正相关关系。4.六个结构基因都直接参与了甘薯各个器官中花色苷的合成代谢过程,是甘薯花青素代谢过程中的关键酶。其中,花青素合成途径下游结构基因IbF3H、 IbDFR和IbANS对花色苷合成代谢的影响大于上游结构基因IbCHS、IbCHI和IbF3’H,在甘薯植物花青素生物合成过程中的作用更关键。而调控因子MYB在白、紫甘薯中的差异最大,实验结果显示该基因仅在紫色甘薯的块根中表达,白色系中近乎关闭,而下游基因IbF3H、IbDFR和IbANS在白色甘薯的块根中也均未表达,可能是因为MYB调控因子的活性降低导致下游基因的活性缺失。