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碳离子束是一种先进的物理诱变源,近些年来被广泛用于突变体创制和功能基因组学的研究中,并已取得了显著成效。本研究使用碳离子束辐照百脉根干种子,对M2代植株群体进行突变体筛选,得到了M2代叶片黄化变异植株C16。通过遗传性状的稳定性验证,最终得到了遗传稳定的M4代C16突变体。(1)相比实验室野生型(Lab-Wild Type,Lab-WT)植株,C16突变体植株矮小、整株茎叶发黄、叶片较小,生长发育较为缓慢。(2)研究测定了Lab-WT和M4代C16突变体植株成熟叶片光合作用相关的生理指标,主要包括叶绿素含量(叶绿素总含量、叶绿素a含量和叶绿素b含量)和叶绿素荧光参数Fv/Fm(PSⅡ的最大光化学效率)。结果发现C16突变体成熟叶片总叶绿素、叶绿素a与叶绿素b含量均显著低于Lab-WT;C16成熟叶片叶绿素含量较改变了其叶片中不同色素比例以及色素含量,推测C16成熟叶片叶绿素含量较低可能是其叶片黄化的主要原因。C16植株成熟叶片的Fv/Fm显著低于Lab-WT,表明C16叶片的光合作用能力显著低于Lab-WT。推测C16叶绿素含量降低导致其光合作用能力显著低于Lab-WT。(3)为了探寻C16的变异分子机制,使用第二代DNA测序(Next-Generation DNA Sequencing,NGS)技术对Lab-WT和C16成熟叶片进行全基因组重测序。结果表明,C16基因组中有95个单碱基替换(Single Base Substitutions,SBSs)和17个小的插入缺失(small Insertion-Deletions,small INDELs)。通过Snp Eff注释,发现这112个突变位点在基因结构上呈不均匀分布,在上下游区分布的突变位点最多。在染色体水平上,1号染色体突变分布最多,包括38个SBSs和6个small INDELs;5号染色体最少,只有5个SBSs和1个small INDELs。对112个位点进行进行基因注释,最终共注释到78个突变基因,其中5号染色体上的1个SBSs(T碱基突变为G碱基)—C5-TG,座落于Lj5g3v1669360.1基因上,功能注释表明该基因属于AGPs基因家族,且与叶绿素合成相关,因此推测Lj5g3v1669360.1是导致C16突变表型的候选基因。(4)使用qRT-PCR技术分析基因Lj5g3v1669360.1在Lab-WT和C16成熟叶片表达量的差异。qRT-PCR测定结果发现,C16叶片中Lj5g3v1669360.1的表达水平显著低于Lab-WT。进一步印证C16成熟叶片中Lj5g3v1669360.1的表达显著低于Lab-WT可能是导致C16成熟叶片的叶绿素含量较低、光合作用能力较弱、叶片黄化以及生长发育缓慢的内在原因。