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高等植物的花色主要受花色素控制，花色素主要由类黄酮、类胡萝卜素、生物碱三类物质组成，其中类黄酮包括原花青素、花青素苷、查尔酮等12类。在花青素苷合成途径中二氢黄酮醇-4-还原酶(DFR)对花色素苷的最终形成起决定性作用。矮牵牛DFR主要催化DHM生成无色飞燕草素，对DHQ也有作用，而不能催化DHK，致使不存在天竺葵素的积累。小花矮牵牛是矮牵牛的同科近缘种，由于小花矮牵牛与矮牵牛亲缘关系较近，DFR基因转入更有希望改变矮牵牛花色。本研究克隆了2个不同花色矮牵牛株系的DFR，全长均为1473bp，最大开放读码框为1143bp，编码380个氨基酸。与NCBI公布的DFR-A相似性分别为93.8和99.6%，翻译后的氨基酸组成相似性为98.2%和100%，验证了矮牵牛DFR属Asp型。实时荧光PCR相对定量测定表明矮牵牛DFR在叶片中几乎无表达，在初开花瓣中表达量最大，而盛开花瓣中略有下降，花药中有极高的表达活性；除花药以外，DFR酶活性变化规律与表达基本一致，两者存在线性相关性。内源DFR酶活性在不同株系中表现差异较大，其中‘W115’中仅有较低酶活性，而‘Lx’中酶活性最大，‘2512’和‘9702’中的酶活性较接近，约为‘Lx’的1/10。UPLC测定中仅在‘9702’中检测到矢车菊素-3-葡萄糖苷及飞燕草素存在。通过RACE技术获得小花矮牵牛DFR cDNA序列，生物信息学分析发现CaDFR属于Asp型，第145位是谷氨酸。同时构建了小花矮牵牛、番茄、月季、非洲菊DFR基因的CaMV35S启动子正向表达载体，通过根癌农杆菌LBA4404对4个矮牵牛株系进行转化，以50mg/L卡那霉素为矮牵牛的筛选浓度。经PCR检测约57%抗性苗为阳性株，Southern杂交证实分别转入了1～5拷贝的外源基因。T0代花色改变明显，其中LH26·一个分枝花色不变，另一分枝则为白花带紫斑，‘LR25’为紫红色花，‘9R9’、‘9H33’花药变紫，花色为深红色，‘9T19’、‘9H31’花色为粉红相间的杂斑花，‘9R8·、‘9H30’红色花瓣带粉斑，‘9R12’花颜色加深同时在边缘出现一圈斑纹，‘9T18’则完全变为粉色花。21株‘WR’为粉色花，而且从花蕾幼期直到开花全过程中均为粉色，‘WR13·开出了一半白色一半粉色的花。对‘9H33’和‘9R9’的表达分析表明，外源DFR基因在矮牵牛中的表达远高于内源基因，最高可达64倍，在初开花瓣中都有相对高的表达，但峰值出现的时间因基因不同而有差异。不同来源的DFR在矮牵牛中的表达对酶活性影响不同。外源DFR基因的转入，可明显提高酶活性，同时使酶的合成提前，分别在初开花瓣或盛开花瓣中达到最高峰。DFR酶活性与颜色存在较大相关性，颜色越深酶活性越高，且紫色株系较红色株系具更高的酶活性。花青素苷的UPLC检测证实颜色加深的转化子‘9R9’、‘9H33’、‘9R12’在矢车菊素-3-葡萄糖苷含量大幅增加的同时，出现天竺葵素-3-葡萄糖苷吸收峰。在‘9702’转化子中，DFR酶活性与花青素苷含量呈现出正相关。T1代表型很明显，14株‘9H30’子代有4种表型；9R9·子代有5株开出了深红花瓣、紫色花药的花（与T0相似），5株花色与‘9702’相似。PCR检测结果表明：T1植株47.76%能检测到目的条带。可见，外源DFR基因在矮牵牛中可以遗传。