谷子（Setaria italica）是我国重要杂粮作物,营养丰富,深受人民喜爱。山西优质谷子品种晋谷21具有米色金黄、米质优良等特点,但其茎秆细长、容易倒伏,产量潜力未充分挖掘。本研究以甲基磺酸乙酯（EMS）诱变的晋谷21矮秆突变体pch1为材料,首先对其进行农艺性状测定、茎秆细胞伸长观察、外源赤霉素处理等表型分析,初步了解其矮化机制;其次在遗传分析基础上,利用Mut Map方法对PCH1基因开展定位并克隆,并通过拟南芥遗传互补进行验证,进而对pch1基因编码蛋白质的三维结构变异及PCH1基因的系统进化进行分析;通过实时荧光定量PCR、亚细胞定位、启动子顺式作用元件预测和转录组测序对PCH1与pch1基因表达模式和转录调控机制进行分析;最后对谷子pch1品系的倒伏率与抗病情况进行田间调查、单倍型分析及EMS突变体材料选育,为pch1品系应用与推广奠定基础。主要结果如下:1.与晋谷21相比,pch1突变体株高显著下降,节间数无显著差异,节间长度缩短。节间长度缩短主要由茎秆细胞纵向伸长受阻导致。施加外源赤霉素后pch1突变体能恢复株高。pch1突变体单株穗粒重、单株穗粒数、粒宽及千粒重均显著高于晋谷21。2.pch1突变体矮秆表型由隐性单基因控制,PCH1基因定位于5号染色体编码赤霉素20氧化酶2。将PCH1基因转入野生型拟南芥和拟南芥同源突变体,可以显著提高转基因拟南芥植株高度。pch1基因突变由单碱基缺失引起,单碱基缺失导致翻译提前终止,氨基酸序列缩短,蛋白质三维结构发生变化。谷子PCH1蛋白质与玉米、高粱等作物的赤霉素20氧化酶2氨基酸序列相似性较高。3.PCH1和pch1基因表现出明显的组织表达特异性。PCH1蛋白质定位于细胞核、细胞质、细胞膜中,pch1蛋白质只定位于细胞核中。PCH1基因启动子有6个赤霉素、4个生长素相关的顺式作用元件。pch1突变体和晋谷21幼苗中的差异表达基因共1396个,其中20个参与植物激素信号转导、5个参与二萜类化合物生物合成、6个参与萜类化合物主链合成。4.与晋谷21相比,pch1品系具有较强的抗倒伏和抗白发病特性。在398份谷子种质资源中,PCH1单倍型共有72种,其中6份种质的单倍型PCH1Hap7与pch1基因突变情况相同,说明pch1基因在谷子驯化中已经得到了一定的推广和应用。本研究揭示了晋谷21矮秆突变体pch1的株高形态建成分子机制,为谷子的矮化育种和晋谷21的遗传改良奠定了材料和理论基础。