黄草乌（Aconitum vilmorinianum Kom.）是毛茛科乌头属植物,全世界有乌头属植物350种,主要分布在北半球的温带地区,中国有乌头属植物200余种,作为药物使用的有76种。云南是乌头属植物分布的中心,有资源66种、25个变种和4个变型。黄草乌主产云南,是云南道地的中药材。黄草乌含有滇乌碱、草乌甲素等二萜类生物碱,具有祛风散寒、活血止痛、抗抑肿瘤、除湿解毒等功效,是西南地区云南白药、草乌甲素等著名中成药的主要原料。随着对黄草乌药理活性作用机理的深入研究,将显示出更广泛的药理作用和药用价值。由于野生黄草乌遭到过度采挖,野生资源濒临枯竭,需要人工栽培黄草乌满足需求。黄草乌的生长受降水量、相对湿度和温度因素的影响,生物碱的合成和积累与降雨量、年均温、日照时数密切相关。目前对环境因子黄草乌的影响、黄草乌栽培、黄草乌活性成分及其药理作用研究比较多,但对黄草乌生物碱生物生物合成途径及其调控的基因研究还处于空白。因此,本研究将通过对黄草乌生物性状观察,各器官生物碱含量分析,黄草乌根的转录组和miRNA高通量测序分析以及黄草乌再生和遗传转化研究,掌握黄草乌生物特性,建立黄草乌遗传转化体系,揭示黄草乌生物碱合成途径及其调控机制,为研究黄草乌基因功能和生物碱合成及调控提供技术支持和理论指导。得到了以下结果:1.通过黄草乌生物性状观察及各器官有效成分含量测定。将黄草乌的根分为直根型、胡萝卜根型和椭圆型三种类型,胡萝卜型根的滇乌头碱含量最高,达174.9μg/g;根的颜色分为白心、黄心、红心,随着根的颜色变红,滇乌头碱含量呈增加趋势;黄草乌的茎分支为单茎、双茎和多茎,茎干颜色分为紫色、紫绿色和绿色三种。黄草乌各器官生物碱含量,花中滇乌头碱类生物碱的含量最高,达到154.18μg/g,根和珠芽次之,茎的含量最低,仅4.95μg/g;根中的含量在根形成初期较高,26.53μg/g,中期最高,70.01μg/g,末期又下降,21.55μg/g;皮层和中心的含量相近,高于芽头含量。2.利用qRT-PCR对黄草乌根、茎、叶、花组织的内参进行基因筛选,为黄草乌基因表达分析提供参考。GADPH、MDH可作为根组的内参基因,MDH和18S r RNA可作为茎组织的参考基因,MDH、18S r RNA和ACT可作为叶组织的内参基因,GAPDH、β-TUBNA和MDH可作为花组织的内参基因。3.根据黄草乌根转录组分析,揭示了黄草乌二萜生物碱代谢途径及其调控因子。获得unigenes 119660个,注释uingene 69978个,鉴定出该代谢途径共有27个基因（139个unigenes）、具有调控二萜生物碱合成的转录因子、Mi RNA和CYP450基因。4.通过miRNA组测序分析,鉴定出黄草乌根中54个已知miRNA家族的356个靶基因和151个新的miRNA的48个靶基因。鉴定了miR6300及其靶基因HMGR,参与萜类骨架形成,调控二萜类生物碱的合成。5.通过黄草乌生物碱合成代谢途径的关键基因克隆、生物信息分析及表达载体构建,获得了Av HMGR、Av DXS、Av DXR、Av KS和avi-miR6300的序列及植物过表达和抑制表达载体,以及这些酶活特性和相关的生物信息。6.建立了黄草乌再生体系和遗传转化体系,把Av HMGR和avi-miR6300导入到黄草乌中获得瞬时表达体系;通过真空渗透珠芽浸泡法、种子超声波浸泡法和花器浸蘸法,检测e GFP荧光标记,成功导入Av HMGR和avi-miR6300目的基因到黄草乌中,建立了黄草乌遗传转化体系。通过本研究,掌握了黄草乌生物特性,建立了黄草乌再生体系和遗传转化体系,初步揭示黄草乌生物碱生物合成途径以及调控该途径靶基因的转录因子、miRNA和CYP450调控因子,获得了该途径关键基因的植物过表达载体和抑制表达载体,为黄草乌生物碱生物合成的功能基因鉴定、基因资源开发、分子育种、遗传改良研究奠定了坚实的基础。