花青素是天然存在的黄酮类化合物,属于苯丙烷代谢分支上的一种重要的终端产物。它在植物体内分布广泛,是形成花和果实颜色的主要色素。花青素不仅对植物的生理生化活动起到重要作用,由于其抗氧化活性及在动物细胞中调节信号通路的能力,花青素在对抗某些癌症、心血管疾病及糖尿病方面也具有一定功效。花青素的积累是编码花青素生物合成的结构基因协同表达的结果,通过研究不同植物种类表明,这种协同表达是通过R2R3-MYB转录因子、basic helix-loop-helix（bHLH）转录因子和色氨酸（W）和天冬氨酸（D）（WD40）重复蛋白相互作用形成转录复合体,进而在转录水平上进行调控的。拟南芥MYB90/PAP2（production of anthocyanin pigment 2）基因编码一个R2R3-MYB转录因子,它在拟南芥和烟草中的组成型表达,诱导产生了紫红色植株,因此,本研究拟通过在番茄中过量表达PAP2（AtPAP2）基因,以期获得花青素含量增加的番茄,进而研究类黄酮化合物（花青素）的积累对植株生长的影响。结果显示,各转基因株系在不同器官中均有不同程度的花青素积累,同时转基因植株表现出了株高降低,侧根减少等生长受抑制的表型。本试验进一步通过转录组测序,实时荧光定量PCR、外源生长素处理等方法分析了导致转基因植株表型改变的可能原因。本研究主要结果如下:1.本试验通过遗传转化的方法将拟南芥中的MYB90/PAP2基因导入番茄,经过后代筛选获得了L1,L2,L15三个纯合阳性株系。各转基因株系在不同器官中均有不同程度的花青素积累,且在雄蕊中积累明显,在果实中,花青素以紫点的形式点缀在果皮上和果肉中。同时,花青素合成相关的结构基因和一个bHLH转录因子基因SlAN1在转基因植株中显著上调。因此,AtPAP2通过激活花青素合成相关的结构基因和调控基因的转录,诱导花青素在转基因植株各器官中的积累。此外,番茄中与花青素合成相关的MYB蛋白S1AN2可以与S1AN 1和S1JAF13两个内源bHLH蛋白互作,而AtPAP2只能与S1JAF13互作,与S1AN1不互作。这可能是导致AtPAP2转基因番茄果实中花青素积累有限的一个因素。2.转基因番茄地上部的生长受到了抑制。L15转基因株系的株高、茎粗和节数均降低为野生型的80%左右。类似地,AtPAP2转基因烟草也明显矮化,茎的粗度和茎节个数也显著降低。同时,苯丙烷代谢分支上另一种重要的终端产物木质素,其合成相关基因在番茄茎部的表达受到了影响,其中肉桂酸4-羟化酶基因（C4H）,羟基肉桂酰辅酶A莽草酸/奎尼羟基肉桂转移酶基因（HCT）和对-香豆酸3’-羟化酶基因（C3’H）在转基因番茄茎部的表达量较野生型均显著下调。因此,AtPAP2可以负调控木质素的合成,转基因植株的矮化表型可能部分由于木质素含量降低,导致木质部功能受损,影响了水分运输和营养物质的同化作用引起的。3.转基因番茄的侧根和侧根原基数目均显著降低。种子发芽6天后,野生型番茄的平均侧根数目为9条,转基因株系L1的平均侧根数目为5.6条,而转基因株系L15几乎没有侧根出现。发芽11天后,L15和L1株系的平均侧根数目分别为7.6和28.9,而野生型番茄的侧根数目此时已达到40条。另外,转基因株系L15在种子发芽4天后仍没有侧根原基形成,而野生型番茄平均每条主根上的侧根原基数目已达23.2。因此,AtPAP2过表达抑制侧根形成很可能是由于破坏了侧根的起始导致的。4.利用RNA-seq分析了野生型和转基因番茄根部在全基因组水平上的表达差异,并筛选出了 19个与侧根形成相关的差异表达基因,其中3个生长素信号转导途径中的LBD/ASL家族基因SILBD16、SILBD16-like和SILBD6,以及两个与生长素运输相关的ATP-binding cassette（ABC）转运蛋白家族亚家族ABCB/P-glycoprotein（ABCB/PGP）基因SIABCB21-Iike和SlABCB1-like在转基因植株中均下调表达。此外,编码生长素运输蛋白的SIPIN5基因在转基因番茄根部上调了约5倍。SIPIN5通过将细胞质中有活性的生长素运输到内质网进行钝化,从而降低细胞内活性生长素浓度。因此,AtPAP2可能通过调节细胞内活性生长素的浓度,以及通过LBD家族基因、ABCB亚家族基因调节生长素信号转导和生长素运输过程,影响侧根的形成。5.对转基因番茄根部外源施加高浓度的生长素可以部分恢复侧根的起始,但与同样在根部施加生长素的野生型相比,转基因植株的侧根原基和侧根的发育都相对缓慢。利用侧根诱导系统检测相关基因的表达发现,SIP/IN5在转基因植株各个诱导时期的表达量与野生型相比均显著上调。因此,SlPIN5在转基因植株中的差异表达造成的生长素浓度和运输速率的改变,可能是导致转基因番茄在高浓度生长素处理下侧根的发育仍相对较慢的重要原因。综上所述,本研究通过在番茄中过量表达MYB转录因子基因AtPAP2,获得了花青素含量较高的转基因植株,以此研究类黄酮化合物（花青素）的积累对番茄植株生长的影响,并通过转录组测序等试验方法挖掘了一些可能参与调控番茄侧根起始或伸长的基因,为进一步研究番茄根系发育的分子机制提供了参考。