谷子脱壳后为小米,营养丰富。类胡萝卜素作为小米的一种营养物质,对小米米色有很大影响,其含量越多,米色越黄,小米品质越好。八氢番茄红素合成酶PSY是类胡萝卜素合成途径中第一个限速酶,通过研究SiPSYs基因家族成员在不同米色谷子品种籽粒中的蛋白和基因表达模式及其单倍型与343份北京资源米色的关联分析,发掘在小米类胡萝卜素积累中起关键作用的成员,为应用分子育种手段培育高品质谷子品种提供理论基础。本研究以白色小米品种（支生谷、牛毛白）和黄色小米品种（晋谷21、长农35）为试验材料,对谷子籽粒成熟不同时期米色变化及籽粒超微结构进行检测,对比分析了不同时期籽粒中类胡萝卜素及其组成成分、脱落酸含量差异,同时对谷子籽粒成熟不同时期SiPSY蛋白的表达模式和SiPSYs基因家族成员的表达模式进行了分析,并进一步将343份材料米色与SiPSYs基因家族成员单倍型关联分析。从生理生化及分子水平深入探讨了SiPSY1基因参与调控小米类胡萝卜素合成的分子机制,主要研究结果如下:通过色差仪测定不同成熟时期谷子籽粒米色,结果显示黄色小米品种黄度值b*均显著高于白色小米品种。采用激光共聚焦和透射电子显微镜观察分析小米籽粒超微结构,发现不同品种籽粒中类胡萝卜素含量差异显著,淀粉体与质体小球的相对含量与小米籽粒类胡萝卜素含量差异有关。利用HPLC方法检测并对比不同品种谷子籽粒不同成熟时期中总类胡萝卜素、叶黄素、玉米黄质和脱落酸含量差异,发现黄色小米品种中叶黄素和玉米黄质含量均显著高于白色小米品种,黄色小米品种总类胡萝卜素、叶黄素和玉米黄质含量随着籽粒成熟逐渐增加,而白色小米品种则逐渐减少,且在籽粒成熟末期几乎检测不到玉米黄质;黄色小米品种籽粒中脱落酸含量随着籽粒成熟逐渐减少,与此相反,白色小米品种籽粒中脱落酸含量却逐渐增加。通过western-blot对SiPSY蛋白表达模式进行分析,发现随着谷子成熟黄色和白色小米品种籽粒中SiPSY蛋白表达量均有不同程度的增加;灌浆末期,晋谷21 SiPSY蛋白表达量显著高于牛毛白品种,支生谷在籽粒灌浆中后期和末期SiPSY蛋白表达量均最高。相关性分析结果表明,SiPSY蛋白高表达可促进黄色小米品种类胡萝卜素合成,其在支生谷中的过量表达则可能与其脱落酸过量积累有关。采用qRT-PCR对各品种籽粒不同成熟时期SiPSYs基因家族成员进行表达模式分析,结果显示在籽粒成熟的整个过程中黄色小米品种SiPSY1基因表达量均显著高于白色小米品种。相关性分析结果表明,S3-S5时期SiPSY1基因表达量与类胡萝卜素及其组分含量均呈极显著正相关。因此,黄小米品种SiPSY1基因的过量表达是促进类胡萝卜素积累,导致其米色形成的关键因素之一。将343份北京资源米色与SiPSYs基因家族成员单倍型关联分析,发现SiPSY1基因的主要单倍型之间有显著差异,其中Hap5单倍型在米色值较低品种中外显子、内含子及5’UTR区发生碱基突变和缺失,与米色值较高品种中发现的其他单倍型相比,仅该单倍型在SiPSY1基因5’UTR区发生碱基突变,因此其可能是造成小米米色差异的原因之一。