谷子（Setaria italica（L.）P.Beauv）属禾本科狗尾草属,在我国拥有悠久的栽培历史和丰富的种质资源。研究表明,谷子籽粒中的叶酸含量高于其他谷类作物,但目前尚不清楚穗发育过程中不同种类叶酸代谢产物的积累规律及谷子中调控叶酸合成的关键基因。本研究将整个穗发育阶段分为S1、S2和S3阶段,分别代表灌浆期、灌浆后14天和成熟期,取6个谷子品种处于3个发育阶段的穗作为叶酸代谢物含量测定和基因表达分析的试验材料。首次揭示了随着谷子穗部的发育叶酸含量呈显著下降的趋势,通过对叶酸代谢物含量与叶酸代谢基因表达模式的共相关分析鉴定出谷子穗发育期叶酸代谢途径的关键基因。主要结果如下:1.通过序列特征、系统发育分析和共线性分析,鉴定出谷子叶酸合成途径的15个基因和依赖于叶酸的一碳代谢途径上的13个基因。谷子与其他8个物种间的进化关系分析表明,不同物种间的叶酸代谢基因蛋白序列较为保守。2.通过LC-MS方法,建立了12种叶酸代谢物的标准曲线方程式。通过对6个谷子品种S1～S3时期叶酸代谢物的测定,结果表明,所有品种的S1到S3时期总叶酸水平显著降低,其中叶酸总量下降幅度最大的品种为PDDG,而下降幅度最小的品种为B360。3.通过qRT-PCR分析了PDDG和B360两个品种S1～S3时期28个叶酸代谢途径基因的表达模式,Si ADCL1/2和Si DHFR1/2基因在S3时期表达量下调,影响p ABA及四氢叶酸的合成,导致总叶酸含量下降,且Si GGH基因可能对谷子叶酸稳态起到调节作用。因此Si ADCL1/2、Si DHFR1/2和Si GGH可能是未来育种提高谷子叶酸含量和稳定性的良好靶标。4.利用生物信息学分析预测与SiFPGS基因互作的MYB转录因子。通过酵母单杂交技术验证后,结果显示SiFPGS1和Si MYB123蛋白之间无相互作用。综上所述,本文首次揭示了在穗发育期间叶酸代谢物的分布特征,并通过对叶酸代谢基因表达模式分析,发现Si ADCL1/2、Si DHFR1/2和Si GGH基因可能是谷子叶酸生物强化的关键基因,为深入研究叶酸在谷穗发育阶段的代谢模式及利用现代化分子育种手段创制高叶酸谷子品种奠定了良好的基础。