Los mutantes de color de hoja son materiales ideales para estudiar el mecanismo regulador del desarrollo de cloroplastos y la fotosíntesis. Aislamos un mutante espontáneo de cucumis melo (MT), que mostró un fenotipo de hoja amarillo-verde durante todo el período de crecimiento y que podía heredarse de manera estable. Comparamos sus hojas con el tipo salvaje (WT) en términos de citología, fisiología, transcriptómica y metabolismo. Los resultados mostraron que las láminas de grana de los tilacoides de MT estaban dispuestas de manera más laxa y eran menos numerosas que las de WT. Los experimentos fisiológicos también mostraron que MT tenía menos contenido de clorofila y más acumulación de especies reactivas de oxígeno (ROS) que WT. Además, la actividad de varias enzimas clave en la vía de asimilación de carbono fotosintético C fue más elevada en MT que en WT. Los análisis transcriptómicos y metabolómicos mostraron que los genes de expresión diferencial y los metabolitos acumulados diferencialmente en MT estaban principalmente co-enriquecidos en las vías relacionadas con las proteínas del sistema fotosintético-antena, el metabolismo central del carbono, el metabolismo del glutatión, la biosíntesis de fenilpropanoides y el metabolismo de flavonoides. También analizamos varias proteínas clave en la fotosíntesis y el transporte de cloroplastos mediante Western blot. En resumen, los resultados pueden proporcionar una nueva perspectiva para entender cómo las plantas responden a la fotosíntesis deteriorada regulando el desarrollo de cloroplastos y las vías de asimilación de carbono fotosintético.