叶色突变是一种常见的突变性状,导致叶色突变的原因繁多,涉及植物生长发育过程中的多个生理生化过程。旗叶及其邻近叶是禾本科作物重要的功能叶,对禾本科作物产量贡献很大,因此对旗叶功能形成的机理研究具有重要意义。谷子是黍亚科的新型模式作物,也是重要的粮食作物,对其旗叶功能的研究未见报道。本研究利用甲基磺酸乙酯(ethyl methyl sulfonate,EMS)对谷子品种Yugu1进行诱变,筛选得到了一个稳定遗传的黄叶突变体T182,对其生理生态学机理、突变基因的图位克隆、功能鉴定和作用机理研究阐明了S-腺苷甲硫氨酸合成酶(S-adenosylmethionine synthetase,SAMS)基因在调控谷子旗叶及邻近叶叶绿素合成过程中具有关键作用,通过影响谷子铁的吸收转运和乙烯合成发挥作用。主要结果如下:(1)形态学观察发现T182在拔节后期旗叶至倒5叶叶片逐渐黄化,延续至整个生长后期。进一步分析发现T182中叶绿素含量显著降低,叶绿体膜结构解体,结构异常,突变体变黄后光合能力明显降低。调查农艺性状发现突变体株高、穗长和穗粗相对于野生型Yugu1均显著降低。说明T182突变影响植株上部叶片的功能,导致植株生长抑制。(2)利用Mut-Map+和图位克隆的方法,将目的突变基因定位到了3号染色体上约400 Kb的区间内的Seita.3G053400上。氨基酸比对结果表明该基因编码S-腺苷甲硫氨酸合成酶,命名为SiSAMS1。其外显子上2495 bp的C到T的突变导致第272个丙氨酸(Ala)变成缬氨酸(Val)。说明此位点对SiSAMS1的功能至关重要。(3)通过瞬时转化烟草叶片和谷子原生质体的转化实验,结果表明SiSAMS1定位于叶绿体。(4)表达模式分析表明SiSAMS1呈组成型表达,但主要表达器官为根,其次是茎和叶,在穗中的表达量也很高。(5)SiSAMS1参与了谷子铁的吸收转运过程:与Yugu1相比,T182上部黄化叶片中的铁含量显著降低,下部正常叶片铁含量无差异;在突变体中缺铁响应基因的表达受到显著影响且大部分被诱导表达;表型分析结果表明SiSAMS1敲除株系后对缺铁更敏感。说明SiSAMS1参与了谷子铁吸收转运过程。(6)乙烯处理加速T182上部叶片黄化。与Yugu1相比,乙烯处理后T182上部叶片叶绿素含量显著降低,说明SiSAMS1可能参与了乙烯介导的叶片早衰。(7)转录组分析表明Yugu1与T182的差异表达基因主要参与光系统组装、叶绿素的生物合成以及光合天线蛋白和光合生物的碳固定等光合作用相关的途径,其次参与次级代谢物合成分解途径,说明SiSAMS1的突变对多种代谢通路产生影响。