叶色突变体是研究植物叶绿素生物合成、叶绿体发育、光合作用以及核质基因互作等的特殊材料,其叶色变异的分子机理成为研究热点。小麦黄绿突变体Ygm是由冬小麦西农1718中发掘的一株自发黄绿突变体,经14代连续自交并定向选择黄绿突变型种子保留而成。自发现以来,已对Ygm的遗传特性、主要农艺性状、光合色素含量、光合作用特性、叶绿体超微结构及突变基因定位等方面进行了较为深入的研究。但Ygm突变体黄绿叶色形成的分子机制知之甚少,与叶色突变相关的候选基因还有待挖掘和利用。为了进一步揭示小麦黄绿突变体Ygm叶色突变的分子调控机制,本研究以拔节期Ygm分离后代中的两种极端表型,即黄化株(Y)和绿色株(G)的半展叶为材料,对其进行转录组测序分析。基于转录组数据库中筛选到的突变叶色候选基因,并结合叶绿素生物合成前体物质含量以及类胡萝卜素各成分含量水平分析,阐明了突变体叶色形成中主要色素类物质代谢变化,推测决定黄化叶色形成的关键候选基因。主要的研究结果如下:1.采用转录组测序技术,建立了小麦绿色株G和黄化株Y的转录组数据库,共获得了389.20百万个clean reads。基因表达分析共筛选到1227个差异表达基因(DEG),其中689个基因在Y中显著上调表达,538个基因显著下调表达。GO富集分析发现大量差异表达基因参与代谢、结合和催化功能。KEGG代谢通路富集分析表明,叶绿素生物合成、类胡萝卜素生物合成、光合作用、光合生物的碳固定和碳代谢等通路中的DEGs与Y株叶色黄化密切相关。此外,还鉴定到了与叶绿素生物合成和叶绿体发育相关的早期光诱导蛋白(ELIPs)和大量的热激蛋白(HSPs)。在鉴定到的44个转录因子中,热激转录因子(Hsfs)占比最高,通过对7个Hsfs的靶基因进行预测,发现HSPs编码基因是与Hsfs互作最多的一组靶基因,说明Hsfs和HSPs编码基因的下调表达对Y株叶色变化也有一定影响。对涉及叶色突变的15个DEGs进行qRT-PCR验证,其结果与转录组测序结果相符,证明了转录组测序结果的可靠性。2.对Y和G叶绿素合成前体物质测量发现,Y中叶片积累的ALA、PBG、Urogen III、Coprogen III和Proto IX的含量均显著高于G株,特别是Proto IX累积最为显著,而之后Mg-proto IX、Pchlide的含量却显著低于G株,由此推断Y株叶绿素合成受阻发生在Proto IX到Mg-proto IX这一步,镁螯合酶催化该步反应,结合转录组测序结果推断,编码镁离子鳌合酶H亚基的CHLH的下调表达,可能使镁螯合酶活性降低,进而导致Y株叶绿素合成受阻。3.利用高效液相色谱法(HPLC)测定了黄化株Y和绿色株G中的5种类胡萝卜素含量,结果表明,玉米黄质、叶黄质和β-胡萝卜素是黄化株Y的主要类胡萝卜素。叶黄质和β-胡萝卜素是绿色株G的主要类胡萝卜素。与G相比,Y株叶片玉米黄质含量极显著上升,而β-胡萝卜素含量极显著下降,β-胡萝卜素羟化酶(BCH)催化该步反应,进一步证明了BCH编码基因的上调表达与Y株叶色黄化密切相关。