正安白茶(Camellia sinensis(L.)O.Kuntze)是一类低温敏感型新梢白化茶树,最早在浙江安吉县发现并栽培,后引进到贵州正安县种植而得名,又称白叶1号或安吉白茶,因优异的品质而获得地理标志产品保护。正安白茶受早春低温诱导其新梢嫩叶发生阶段性白化,随着温度升高白化叶复绿或新生芽不再发生白化。这种白化嫩叶制作的绿茶氨基酸含量是普通绿茶的2倍左右,因此具有较高的营养价值和商业价值,已成为正安县重要的经济作物和主导产业。本研究以正安县种植的白叶1号为试验材料,对正安白茶阶段性白化不同时期的化学成分变化进行分析,利用全转录组测序和基因组重测序技术探究正安白茶阶段性白化的分子机制,主要研究结果如下:(1)以早春正安白茶为材料,对阶段性白化四个时期(Bud–Alb–Med–Gre)的嫩芽或叶进行主要化合物分析和转录组测序分析探讨白化的分子机制。主要代谢物检测显示总游离氨基酸含量在Alb期含量最高,叶绿素、茶多酚、咖啡碱和儿茶素含量在Alb期最低。转录组测序共获得190 Gb的原始数据和1,269,858,132个原始reads,经数据过滤后比对参考基因组(C.sinensis var.sinensis‘Shuchazao’)进行分析。分组比较分析共获得6,325个差异表达基因(DEmRNAs),表达趋势分析显示大多数基因在Bud和Alb时期下调表达。功能富集分析显示Bud或Alb时期下调的基因显著富集在光合作用、捕光蛋白、叶绿体、卟啉与叶绿素合成、类黄酮生物合成等相关GO术语或KEGG通路,这些基因的下调表达可能引起植物白化和低茶多酚;白化时期上调表达的基因富集在氮代谢、精氨酸生物合成、组氨酸生物合成、“丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸的代谢”、“甘氨酸,丝氨酸和苏氨酸代谢”、泛素介导的蛋白质代谢、吞噬体和自噬体等GO术语或KEGG通路,这些代谢途径可能与Alb时期氨基酸含量上升相关。(2)分别对正安白茶发生阶段性白化相关的光合作用、卟啉和叶绿素合成、类黄酮合成和硫胺素合成四个代谢通路进行分析。光合作用通路中的差异基因在Bud时期下调表达,而CAB40、psb27-1、psb27-2、psa B、psa O在Bud时期的高表达可能与Bud时期维持黄绿色有关,这些基因在Alb下调表达最终导致叶片白化失绿。卟啉和叶绿素代谢中与叶绿素合成相关的基因(PORA、CRD1、CLH和NYC等)在Budcancer cell biology时期下调表达,与叶绿素降解相关的基因(SGR、SGRL、PPH、CLH1等)在Bud时期上调表达,与血红素合成相关的基因(cys G、SIRB、HEMH、HO1、HO2、COX15、FH等)在Bud时期上调表达,三者的综合作用最终导致叶片内叶绿素含量下降,促使茶芽从Bud时期进入Alb时期后彻底白化成白色叶片。类黄酮代谢相关通路中,大多数类黄酮合成相关的基因(PAL、CYP73A4、4CL、CHS、FLS、LAR、ACT等)在Bud期上调表达,而Alb时期下调表达,这些基Emricasan体外因的差异表达形成了正安白茶Bud期高茶多酚,而白化后的Alb期多酚含量显著下降。此外,FLS基因在Alb时期的上调表达促进了山奈酚、槲皮素等非儿茶素类物质的合成。硫胺素代谢相关的基因(THIC、THI1、NTPCR和ADK)在Bud和Alb时期下调表达,随后逐确认细节步上调表达,硫胺素参与生物体的多个功能与正安白茶发生阶段性白化密切相关。(3)从全转录组测序数据鉴定出12,037个lncRNA和1,702个差异表达lncRNA(DElncRNA)。根据lncRNA-mRNA关联分析得到986个antisenselncRNA、5,026个cis-lncRNA和1,504个trans-lncRNA。antisense-lncRNA互补的靶基因功能富集在膜蛋白复合体、光合作用膜、光合系统、光合作用-捕光蛋白、叶绿体合成、类黄酮合成途径等功能中,推测antisense-lncRNA可能参与了叶片白化、茶多酚减少等过程。cis-lncRNA调控相邻的mRNA功能富集在卟啉和叶绿素代谢、血红素代谢、吞噬体等功能中,推测这些cis-lncRNA可能参与叶绿素代谢过程。trans-lncRNA功能富集分析显示参与到光合作用、氨基酸代谢、吞噬体等过程。(4)从全转录组测序数据中鉴定出8,853个环状RNA(circRNA)和122个差异表达环状RNA(DEcircRNA),对circRNA的来源基因进行分析,共获得了3,798个来源基因。来源基因的功能富集显示circRNA可能参与光合作用天线蛋白,mRNA监视途径,RNA转运等生理活动。(5)对正安白茶阶段性白化4个时期进行小RNA测序分析,获得3,644个miRNA(959个已知miRNA,2,685个新miRNA)和1,057个差异表达miRNAs。功能富集分析显示白化期间上调表达的miRNA,显著富集在植物-病原体相互作用、磷酸肌醇代谢和磷脂酰肌醇信号系统、光合作用、碳固定和胡萝卜素代谢等过程。环境应答相关的MYB转录因子受到多个miRNA靶向调控,包括mi R858、mi R5021、mi R159和mi R319,其中mi R5021、mi R159与mi R319在Bud时期上调表达,与正安白茶阶段性白化的形成相关。(6)对鉴别的6,325个DEmRNAs,667个DEmiRNAs,1,702个DElncRNAs和122 DEcircRNAs进行差异共表达分析,构建了一个包含112个mRNA、35个miRNA、38个lncRNA和15个circRNA的竞争性内源RNA(ceRNA)调控网络。筛选出引起正安白茶周期性白化的关键基因及与lncRNA、circRNA、miRNA的相互作用,包括以mi R5021x为中心的ceRNA调控网络、GAMYB-mi R159-lncRNA调控网络、NAC035-mi R319x-circRNA调控网络。这些调控网络参与冷胁迫的响应、光合作用、叶绿素合成、氨基酸合成和类黄酮积累等过程,揭示了正安白茶阶段性白化中的ceRNA调控关系,为低温诱导型白化茶树的分子调控机制提供了新的见解。(7)对正安白茶进行全基因组重测研究,共获得120 Gb原始数据,测序深度为36.4倍,与参考基因组比对分析,共获得44,161,004个突变位点,其中SNP位点39,297,844个,In Del位点4,863,160个。从转录测序中获得3,017,987个突变位点,其中SNP位点2,856,393个,In Del位点161,594个。通过比对发现两者共有的In Del突变基因2,216个。这些In Del突变位点基因的功能富集分析显示显著富集在RNA加工、核酸代谢、植物-病原相互作用、植物MAPK信号等GO术语和KEGG通路,与正安白茶阶段性白化密切相关。