谷子（Setaria italica（L.）P.Beauv）去壳后称为小米,富含多种营养物质。当前,谷子中的“xiaomi”超早熟突变体已成为C4模式植物,为C4植物的基因功能研究提供极大便利。叶酸（Folate）是一类水溶性B族维生素,为细胞中一碳单位转移提供供体,在人类营养和健康方面具有重要作用,调节胚胎神经细胞发育。人体自身不能合成叶酸,需依赖于日常饮食摄入。目前谷子叶酸方面的研究还较少,本研究对谷子叶酸合成途径关键酶SiFPGS（Folylpolyglutamate synthetase）基因家族成员进行功能分析,为今后培育高叶酸含量谷子品种提供分子基础。主要研究内容如下:（1）我们获得了谷子的三个FPGS同源蛋白,分别命名为SiFPGS1、SiFPGS2和SiFPGS3。蛋白保守结构域分析表明SiFPGS1/2具有四氢叶酸多聚谷氨酸合成酶的保守结构域,SiFPGS3具有二氢叶酸多聚谷氨酸合成酶的保守结构域;系统发育树分析结果表明SiFPGS1/2具有较高的同源性,SiFPGS3与SiFPGS1/2同源性较低;亚细胞定位预测表明SiFPGS1/2定位于叶绿体,SiFPGS3定位于细胞外。（2）启动子功能预测结果表明SiFPGS1/2/3启动子序列中除了基本核心元件（TATA-box、CAAT-box）之外,还存在参与茉莉酸甲酯反应的顺式调节元件（CGTCA-motif）、厌氧诱导必需的顺式调节元件（ARE）。另外,SiFPGS1特异包含参与防御和应激反应的顺式作用元件,SiFPGS2特异包含调控根部发育的元件,SiFPGS3特异包含低温响应元件以及参与缺氧诱导增强子元件。因此SiFPGS1可能参与植物逆境胁迫响应,SiFPGS2可能影响植株根部分化,SiFPGS3可能参与低温胁迫响应。（3）分子对接结果表明SiFPGS1/2蛋白具有结合四氢叶酸的能力,SiFPGS3蛋白具有结合二氢蝶酸的能力。（4）构建SiFPGS2和SiFPGS3过表达载体,转化拟南芥,从T1代株系中分别筛选出6株、12株转基因株系。进一步通过q RT-PCR的方法筛选表达量高的株系进行叶酸含量的测定。运用HPLC/MS/MS法对过表达SiFPGS转基因株系进行叶酸靶向物代谢物含量的分析,我们发现SiFPGS2转基因株系总叶酸含量、5,10-次甲基-四氢叶酸（5,10-CH=THF）、5-甲酰四氢叶酸（5-CHO-THF）和5-甲基四氢叶酸（5-CH3-THF）含量都高于野生型植株,其中5,10-次甲基-四氢叶酸提高了12%,5-甲基四氢叶酸提高了18%,说明了SiFPGS2具有增强合成叶酸的能力。SiFPGS3过表达拟南芥中总叶酸含量以及总叶酸库中的主效成分5-甲基四氢叶酸和5,10-次甲基-四氢叶酸的含量相比野生型植株都有明显降低,其中5-甲基四氢叶酸降低了18%,5,10-次甲基-四氢叶酸降低了25%,说明SiFPGS3不具有增强合成四氢叶酸的能力。（5）通过表型观察,我们发现与野生型相比拟南芥fpgs2突变体在正常生长条件下主根变短,只有野生型的50%左右,过表达SiFPGS2转基因株系主根变长,相比野生型增长了24%左右。进一步通过碘化丙锭（Propidium iodide,PI）染色观察根尖细胞,我们发现突变体分生区长度变短,约为野生型的75%左右,过表达SiFPGS2转基因株系分生区长度增加,相比野生型增长了21%左右;与野生型相比,fpgs2根尖分生区细胞数量明显减少了20%,过表达SiFPGS2转基因株系增加了7%,推测SiFPGS2具有维持根尖细胞分裂的能力。（6）在低氮条件下,野生型的根长较正常处理无明显差异,鲜重降低了70%;突变体fpgs2/3主根长度及植株总鲜重受到明显抑制,说明突变体难以抵抗低氮条件;转基因SiFPGS2/3植株根长和鲜重相比正常条件下显著降低,并且虽然过表达株系的转录水平都提高,但在低氮条件下转基因的主根长度和总鲜重相比于野生型而言并未增加,说明过表达植株对低氮的抵抗力与野生型植株相比并没有明显提高,推测SiFPGS基因在拟南芥中过量表达不足以提高植株的低氮耐受能力。