紫心甘薯（purple-fleshed sweet potato）是栽培甘薯[Ipomoea batatas（L.）Lam.]中一个具有独特遗传性状和经济价值的特色品种类型，因块肉呈深紫色而得名。紫心甘薯色素的主要成分是花青素和甲基花青素形成糖苷后的酰基化衍生物。本研究针对紫心甘薯在应用上的巨大潜力和理论研究中试材的独特性，以花青素合成途径的相关酶基因DFR基因作为研究对象，并对它的结构、进化、表达和功能进行了研究，为开展紫心甘薯花青素合成的分子机理及分子育种研究奠定基础。　　 二氢黄酮醇4-还原酶（dihydroflavonol 4-reductase，DFR）是花色素苷生物合成途径中的一个重要酶，催化不同二羟黄酮醇还原酶底物生成无色花青素、无色花葵素或无色翠雀素，是一个重要的调控点。　　 利用RACE技术克隆得到了具有完整编码框的紫心甘薯DFR基因（IbDFR），并利用生物信息学方法对其基因结构及系统进化地位进行分析。该cDNA的阅读框编码395个氨基酸，在N端存在一个NADP结合位点“VTGAAGFIGSWINMTLLQRG”及一个决定底物结合特异性的氨基酸基序“TVKRLVFTSSAGTLNVQPQQK”。系统进化分析表明它属于二氢黄酮醇4-还原酶家族的成员，与茄科的矮牵牛同属一分支。构建IbDFR基因系统进化树，体现了部分单子叶与双子叶植物间的亲缘关系与进化差异。　　 为了了解IbDFR基因的表达模式，利用荧光定量PCR的方法考察了其在紫心甘薯品种‘山川紫’不同组织器官以及不同紫心甘薯品种或品系块根中的表达情况。结果表明，在紫心甘薯品种‘山川紫’各组织器官中均检测到IbDFR的表达，且在块根中表达量最大；不同品种或品系甘薯块根中IbDFR基因的表达水平与其花青素含量呈正相关。将获得的IbDFR基因连接到pPROEX Hta表达载体，IPTG诱导其表达，获得了重组蛋白DFR，免疫家兔获得了特异性多克隆抗血清。Western blot分析表明，不同品种或品系甘薯块根中DFR蛋白含量与其花青素含量呈正相关。　　 为了验证IbDFR的生物学功能，将IbDFR定向插入植物表达载体pBI121，并将其导入拟南芥DFR基因缺失突变体（tt3）中。观察结果表明，从紫心甘薯块根中克隆得到的IbDFR基因在拟南芥突变株中可有效地表达，产生了基因互补的作用，使拟南芥DFR基因缺失突变株种子种皮的颜色恢复到与野生型相近的表型。从而证实了从甘薯块根中克隆得到的DFR基因是具有编码DFR酶蛋白活性的完整基因序列。