小麦是世界上重要的粮食作物之一,其产量直接影响粮食安全。叶色、株高等农艺性状直接影响小麦生长发育并影响籽粒产量。叶色突变体是研究叶绿体发育、叶绿素生物合成等方面的重要材料。小麦返白系的发现为小麦叶片叶绿素生物合成和质体发育的研究提供材料基础,其在返白-复绿过程中的机理有待进行深入研究。植物矮化突变体具有抗倒伏和高光合利用率等特点被广泛研究和应用。DW-B是一个同时具有返白和矮化特征的小麦突变体,通过对DW-B及其对照亲本IBG-111和Lango进行田间农艺性状调查、转录组测序分析、差异表达基因分析、尿卟啉原Ⅲ合酶(UROS)酶活测定、赤霉素敏感性测定、叶绿素含量测定及叶绿素荧光含量测定等手段,研究调控小麦矮化和返白的生理生化机制和分子机理。研究结果如下:1.本研究对DW-B突变体进行性状观测,结果发现DW-B在越冬低温期,受低温影响,叶片出现白化现象,随着次年温度逐渐升高,叶片恢复绿色。DW-B突变体的株高、穗位高、倒三节、倒二节、穗下节间长度明显低于其亲本IBG-111。2.利用RNA-seq检测到7469个差异基因(DEGs),其中上调基因和下调基因分别为3920和3549个。通过KEGG富集分析发现叶绿素生物合成途径(卟啉和叶绿素代谢途径)富集显著。与叶绿素合成有关的羟甲基双烷合酶(Hem C)、尿卟啉原Ⅲ合酶(Hem D、UROS)、原叶绿素酸酯氧化还原酶(POR)等差异基因在DW-B和Lango中的表达量显著上调,但UROS的酶活性显著降低。表明DW-B叶片中叶绿素生物合成的抑制是由hem D基因编码的UROS蛋白功能降低引起的。3.赤霉素响应试验发现DW-B和Lango对赤霉素不敏感,IBG-111对赤霉素敏感,说明DW-B和Lango中赤霉素信Blebbistatin使用方法号转导途径受到抑制。RNA-Seq结果中KEGG富集分析发现,GID1相关基因的表达量显著下调而DELLA蛋白相关基因的表达量显著上调,表明DW-B里赤霉素信号转导途径中的GID1相关基因下调表达和DELLA相关基因的上调表达导致DW-B的矮化。4.在DW-B返白时期,与IBG-111相比,DW-B的叶绿素b(Chlb)值、类胡萝卜素(CaroPD-0332991临床试验)和总叶绿素含量(Ct)表现为显著降低,而叶绿素a(Chla)值表现为无显著差异,即Chlb含量降低幅度大于Chla降低幅度,说明DW-B中Chlb生物合成受到更严重的损伤。表明Chlb和Caro含量和总叶绿素含量(Ct)显著降低导致DW-B叶色异常。相对于IBG-111,DW-B的最大光饱和潜力以及光合速率显著降低,可能由于光合相关基因表达量下降影响了光能吸收和转化,CO_2吸收和同化,进而抑制DW-B植株的光合效率,导致DW-B光合速率和光合潜力的下降,光合色素积累减少,导致DW-B返白。本研究以DW-B突变体和它的亲本IBG-111及Lango为材料,通过主要农艺性状分析、转录组测序分析、生理生化水平分析和色素水平分析,揭示了DW-B返白和矮化过程中的基因表达变化和生理生化机制变化,进一步阐明了影响DW-B返白和矮化的原Bioaugmentated composting因,这些结果可以为小麦分子育种提供理论参考。