谷子已成为C4单子叶植物研究基因功能的模式作物,其籽粒中富含类胡萝卜素,具有极高的营养价值。类胡萝卜素代谢过程位于萜类代谢中的MVA和MEP通路下游,其合成和降解的机制目前已较为明确,而针对类胡萝卜素代谢的调控因子及其调控模式仍有待研究。本研究采用高效液相色谱法测定两个谷子品种在三个穗发育阶段的类胡萝卜素种类和含量。大罕蛋粘谷（DHD）和晋谷21号（JG21）谷穗类胡萝卜素的主要代谢产物为叶黄素和β-胡萝卜素。所有类胡萝卜素代谢物含量在穗发育阶段急剧下降。DHD S1期叶黄素和β-胡萝卜素含量最高,分别为114.74μg/g和125.24μg/g。基于同源序列BLAST分析方法,从谷子基因组数据库中鉴定了45个与类胡萝卜素代谢相关基因。顺式作用元件分析表明,这些基因启动子主要含有“植物激素”、“抗旱”、“MYB结合位点”、“胚乳特异性”和“种子特异性”顺式作用元件,尤其是“光反应”和“ABA响应”元件。在类胡萝卜素代谢途径中,SiHDS、SiHMGS3、SiPDS在谷穗中的表达较高。SiCMT、SiAACT3、SiPSY1、SiZEP1/2的表达与叶黄素含量显著相关。SiCMT、SiHDR、SiIDI2、SiAACT3、SiPSY1、SiZEP1/2的表达与β-胡萝卜素含量显着相关。通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）构建基因共表达网络,在与叶黄素和β-胡萝卜素高度相关的模块中筛选到25个可能调控类胡萝卜素代谢的转录因子并选取SiROC1作为后续基因功能验证的研究对象。结合团队前期研究结果获得SiROC1转录因子的序列信息并克隆其CDS序列。SiROCs基因家族均具有Homedox和START蛋白保守结构域,该家族与玉米具有较近的亲缘关系。SiROC1与SiROC2/7序列结构较为近似。且在与狗尾草SvROC1亲缘关系最近,而在拟南芥中同源度最高的基因为AtPDF2。谷子SiROC1与拟南芥AtPDF2的时空表达模式相似,均在开花期的花器官中表达量最高。烟草瞬时表达可知,SiROC1亚细胞定位在细胞核。拟南芥中过表达SiROC1使植株生育周期延长且类胡萝卜素含量下降。而At PDF2 T-DNA插入突变体则较野生型生育期缩短,类胡萝卜素含量升高。同时过表达SiROC1株系出现植株颜色变深的现象。为进一步探究过表达SiROC1深色表型的形成机制,我们测定了过表达株系与野生型的类胡萝卜素靶向代谢组和转录组。结果表明过表达SiROC1导致拟南芥类胡萝卜素含量整体下降且类胡萝卜素合成相关基因表达量下调。通过KEGG分析差异表达基因,发现DEGs聚类于碳代谢、光合作用、黄酮类代谢通路中。而对黄酮类代谢通路中的DEGs表达量进行比较,发现AtFLS2、At4CL5、AtLDOX1、AtDFR、AtTT8、AtTT19、AtF3’H、AtF3H及AtCHI在SiROC1过表达株系中的表达显著上调,是野生型中基因表达量的2.5～25倍。基于转录组和类胡萝卜素代谢组的综合分析,我们鉴定了谷子中与类胡萝卜素合成相关的基因,并揭示了这些基因与类胡萝卜素关键代谢物含量的相关性。WGCNA分析预测了与类胡萝卜素代谢相关的基因调控网络。通过转基因拟南芥鉴定到了特殊的生育时期和颜色变化并推测这些表型来自于类胡萝卜素和黄酮类化合物代谢差异。这些结果为探索谷子米色调控的关键靶基因奠定了基础。该基因将来可以用于对谷子进行基因改造,以期提高类胡萝卜素的含量。