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番茄（Solanum lycopersicum）是世界范围内深受大众喜爱的果蔬之一。作为一种典型的呼吸跃变型植物,番茄是研究浆果类果实成熟发育及品质形成的模式作物。过去很长一段时间内我国番茄育种的主要目标是高产、抗病、耐贮运,因而忽视了对风味、营养品质的选育,这与不断增强的“好吃、有营养、安全健康”消费观相矛盾。为了解决这一全球关注的问题,改良番茄品质,选育优质新品种将成为刻不容缓的育种目标。番茄果实中可溶性糖和有机酸的含量及其构成比例是果实风味形成的重要基础;同时,植物根系通过分泌有机酸能有效缓解酸性土壤中铝离子对植物根系的毒害。因此,研究不同基因型的番茄果实中苹果酸的积累机理对于番茄品质评价和改良有重要价值。随着高通量测序技术不断涌现,测序成本得到了大幅度降低,不同物种全基因组信息的公布为我们深入挖掘基因功能提供了海量的信息。本课题利用气相色谱-质谱联用法（GC-MS）对360份重测序的番茄核心种质成熟果实中糖和有机酸含量进行了测定,结合重测序结果对苹果酸等代谢组分进行了全基因组关联分析（GWAS）,利用集团分离分析法（BSA）对构建的一个苹果酸F2分离群体进行连锁分析,获得研究结果如下:1.运用GC-MS方法,对一年两点的272份重测序番茄核心种质的红熟果实进行了表型鉴定。对代谢谱的分析发现,番茄中糖、酸等代谢物在不同亚组间（野生番茄、樱桃番茄及普通大果番茄）存在巨大差异。2.结合360份番茄材料基因组重测序获得的5.5MSNP,对其中苹果酸（Malate）、蔗糖（Sucrose）、肌醇（Inositol）、抗坏血酸（AsA）、苯丙氨酸（Phe）及赖氨酸（Lys）进行了全基因组关联分析。在对苹果酸的关联分析中,我们在第6染色体上关联到一个铝激活苹果酸转运蛋白（SlALMT9）。3.以高苹果酸材料TS-40为母本,低苹果酸材料TS-66为父本杂交构建F2遗传分离群体。F1子代中苹果酸含量为4.15μmol/g fresh wt,偏向于低苹果酸亲本。在F2子代中选择了 40株低苹果酸单株（平均值3.08 μmol/g fresh wt）和40株高苹果酸单株（平均值12.84μmol/g fresh wt）,利用BSA技术鉴定了分离群体中控制番茄苹果酸含量的主效QTL位于第6染色体上的36Mb-45.6Mb,与GWAS定位的区段重叠,进一步确定了SlALMT9为调控果实苹果酸积累的候选基因。4.SlALMT9编码559aa,含有6个外显子和五个内含子。预测SlALMT9含有五个跨膜结构域,分子重量为62.54kDa。SlALMT9与苹果中调控苹果酸积累的基因Ma具有58%的同源性。5.利用360份番茄材料的重测序数据对SlALMT9进行了基因分型。在SlALMT9的七种单倍型中,TypeⅠ和TypeⅡ在307位氨基酸存在H/R的变异,且对应的苹果酸含量也存在显著差异。这一对应关系说明H/R307可能是调控番茄果实中苹果酸积累的关键位点。6.SlALMT9启动子驱动GUS-GFP表达分析发现,S1ALMT9在根、茎、幼叶等部位均无表达。在酸性条件（pH=4.2）下进行铝诱导,S1ALMT9能在根中表达。7.亚细胞定位结果显示S1ALMT9所编码的蛋白质定位于液泡膜上。8.对苹果酸含量存在差异的17份材料进行PCR重测序。结果显示,在SlALMT9的第五个外显子存在一个显著关联的SNP6（ch0641343002,p-value=7.39×10-18）,非同义突变腺嘌呤（A）变为胞嘧啶（G）导致了氨基酸由精氨酸（Arg）变为组氨酸（His）,进而影响了番茄果实苹果酸的含量。对SNP6的地理分布及进化分析发现,SNP6在番茄进化过程中受到了人工选择。9.将高苹果酸基因型SlALMT9-G在低苹果酸材料TS-66中超量表达,导致了番茄果实和根中苹果酸含量显著增加。另外,在酵母中表达SlALMT9-G使酵母对铝的耐受性强于表达SlALMT9-A的菌株。10.SlALMT9-G超量表达株系的果实中除了苹果酸含量增加外,其他一些糖、有机酸（如:蔗糖、柠檬酸）含量也发生了显著变化。11.RNA-seq结果显示,以非转基因番茄材料作为对照,在超量转基因材料中总共有1,887个差异表达基因,其中上调表达的基因有1,231个,占所有差异表达基因的65.2%;下调表达的基因有656个,占所有差异表达基因的34.8%。与对照相比,一些有机酸转运蛋白、糖转运蛋白、液泡膜定位转运蛋白、糖酸代谢结构基因及抗病蛋白发生了差异表达。这些基因的差异表达可以部分解释代谢水平的变化。12.针对SNP6开发了一个分子标记用于ALMT9的基因型鉴定,这个分子标记中的两对引物可以特异性的检测ALMT9SNP6-A/-和ALMT9SNP6-G/-。利用这个分子标记可以很好的将68份商业F1杂交种按苹果酸含量分成三组。13.在全基因组水平对番茄ALMT基因家族进行了分析,共鉴定出了 16个SlALMTS。与拟南芥、水稻及马铃薯的ALMTs进化树分析将SlALMTs分为四个亚组。16个SlALMTs在基因结构上高度保守,都含有6个外显子及5个内含子,在N-domain含有5个或者6个跨膜结构域。对苗期番茄进行A1处理发现,一些SlALMTs的表达受到A1的诱导,特别是SlALMT9的表达在根、茎、叶中都受到A1的显著诱导。此外,本文利用RNA-seq技术结合代谢组学技术对两个番茄基因型（Ailsa Craig和HG6-61）进行了分析,获得了以下结果:1.利用HPLC和LC-MS技术对AC和HG6-61果实发育过程中（7,14,21,28,35,42,49DAF）的抗坏血酸（AsA）、类胡萝卜素及类黄酮含量进行了动态分析。结果显示大部分代谢物的动态变化在两个基因型中是一致的,但是有些代谢物如番茄红素和柚皮素查尔酮在AC中更早积累。2.利用RNA-seq技术对AC和HG6-61果实发育过程进行表达谱分析,共发现了26,397个基因在果实发育过程中表达。利用K-mean聚类分析将这26,397个基因的表达模式分为了 20个组。3.通过共表达分析分别鉴定了 20、34和37个分别与类黄酮、AsA和类胡萝卜素代谢途径中主要结构基因共表达的转录因子。同时,利用公共数据库中Heizn和S.lycopersicum LA1589的表达谱数据对这些鉴定的转录因子进行了验证。4.为了进一步验证鉴定的转录因子与结构基因之间的相关性,利用农杆菌注射法在番茄果实中超量表达3个AsA相关转录因子MYB、NAC及ZIF,导致了大部分AsA代谢途径中的结构基因都上调表达。