花青素属于植物的次生（级）代谢物,是构成草莓果实颜色的主要色素,对于形成果实外观品质至关重要。花青素不仅具有十分重要的生物学功能,如可以保护植物自身抵抗低温、紫外线和病虫害等,更有重要的保健和医疗功能。花青素苷一般是在细胞质中合成,而在液泡中贮藏。同时,蔗糖是一种在植物体内广泛存在的初级代谢物,在植物生长和发育过程中具有重要作用。因此,本论文开展花青素和蔗糖在细胞内的转运相关研究,对于阐释花青素和蔗糖在果实内的累积过程和果实品质形成的分子机理,以及采用相关栽培措施提高果实品质都具有重要的理论意义和实践价值。本课题组在前期项目研究中,以‘丰香’草莓为试材,采用砂培法进行不同氮形态（NO3--N、NH4+-N、NO3--N+NH4+-N、无氮）处理,发现不同氮形态处理对果实发育和着色具有不同效应。同时,通过对不同氮形态处理草莓果实的代谢组学分析,鉴定得到与处理效应相关的生物标记物（biomarkers）,并将其衍射到KEGG database的相关代谢途径。结果显示,共有7个biomarkers注释到ABC transporters路径中,表明ABC转运蛋白参与不同氮形态调控草莓果实发育和成熟过程。为此,本试验以甜查理草莓转色期果实为试材,根据前期转录组和代谢组的整合分析结果,克隆得到1个ABCC转运蛋白基因Fa ABCC1和一个蔗糖转运蛋白基因Fa SUC3,并进行相关生物信息学分析。采用实时定量PCR技术,对Fa ABCC1和Fa SUC3在草莓七个不同发育时期以及四个不同器官中的表达模式进行分析。采用分光光度法测定花青素在草莓七个不同发育时期花青素含量的变化,同时,采用荧光定量PCR方法,比较花青素合成相关功能基因在草莓不同发育时期的表达模式。构建干涉表达载体p Hellsgate2-Fa ABCC1和p Hellsgate2-Fa SUC3以及过量表达载体pCXSN-Flag-FaABCC1、pCXSN-Flag-FaSUC3,进行基因转化和功能验证研究。本试验主要取得如下结果:1.以花后30d的甜查理草莓果实为试材,克隆得到1个ABC转运蛋白基因Fa ABCC1;测序结果显示,Fa ABCC1的ORF由4518个碱基组成,共编码1505个氨基酸;系统进化树分析结果表明,它与拟南芥At MRP4同源性最高,蛋白多序列蛋白比对结果显示,它与已鉴定具有花青素转运功能的Vv ABCC1和Zm MRP3同源性较高,初步预测该基因也具备转运花青素的功能。洋葱表皮细胞亚细胞定位结果显示,Fa ABCC1-GFP融合蛋白定位于细胞膜,通过对根、叶、花、转色期果实四个不同发育器官的时空表达模式分析,在根中相对表达量最高,花、叶次之,在果实中表达量最低。在草莓七个不同发育时期果实的表达模式分析结果表明,FaABCC1在转色期表达显著上调,表明此基因可能与花青素转运即果实成熟相关。构建了植物干涉表达载体p Hellsgate2-Fa ABCC1,并成功转化二倍体草莓,最终得到抗性芽若干个;同时,构建了超表达载体p CXSN-Flag-Fa ABCC1,并成功转化拟南芥,最终得到转基因植株5棵。2.以花后30d的甜查理草莓果实为试材,克隆得到1个蔗糖转运蛋白基因Fa SUC3;测序结果显示,Fa SUC3的ORF由1815个碱基组成,共编码604个氨基酸。系统进化树结果表明,它与拟南芥At SUC3同源性最高,而At SUC3属于SUT2亚族,表明Fa SUC3可能也是SUT2亚族的一员。洋葱表皮细胞亚细胞定位结果显示,Fa SUC3-GFP融合蛋白定位于细胞膜。草莓七个不同发育时期果实表达分析结果表明,Fa SUC3转色期表达显著上调,表明此基因可能与果实成熟相关。构建了植物干涉表达载体p Hellsgate2-Fa SUC3,并成功转化二倍体草莓,最终得到抗性芽若干个;同时,构建了超表达载体pCXSN-Flag-FaSUC3,并成功转化拟南芥,最终得到转基因植株2棵。3.在草莓七个不同发育时期果实中,花青素在小绿果、大绿果、绿白果和白果时期积累非常少,在转色期果实中花青素含量开始增加,在成熟期果实中花青素含量达到最高,至过熟期后花青素含量便开始降低。4.对花青素合成相关功能基因的实时荧光定量PCR分析,结果表明,CHS1/3基因在花青素的生物合成途径中发挥关键作用,而F3H1和ANS1基因在红果的八倍体草莓甜查理中表达模式与花青素积累呈现显著的正相关,而在白果的二倍体草莓Hawaii4转色期果实中其表达量很低,表明ANS1和F3H1对于花青素的积累起到关键作用。从草莓基因组中鉴定得到UFGT1-8,在八倍体草莓甜查理的PCR定量分析发现,UFGT1基因在转色期表达较高,其他基因均只在草莓小绿果时期表达量较高;二倍体草莓Hawaii4中结果却相反,在转色期几乎不表达,表明UFGT1是UFGT基因家族中具有促进花青素糖基化功能。