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大豆是重要的油料作物之一,提供了世界上28%的食用油。大豆油是人体必需脂肪酸的最佳来源之一,大豆油中含有丰富的磷脂、B族维生素和无机盐,营养价值高,是一种优良的食用植物油,但相对于其他油料作物大豆油脂含量还有很大的提升空间。随着全球人口的不断增加及工业化的不断发展,人们对于植物油的需求也越来越大。三酰甘油是大豆等油料作物种子中主要的油脂储存形式。植物三酰甘油不仅是人类能量物质的重要来源,而且是可再生的燃料,可以作为工业原料应用于实际生产。DGAT(diacylglycerol acyltransferase)是三酰甘油合成的限速酶,大豆中存在10个DGAT基因,本研究中克隆了其中两个不同类型的DGAT,分别为GmDGAT1A和GmDGAT2D,研究分析了其在种子油脂合成过程和植物一些重要生理过程中的功能和特点。研究表明两个类型的DGAT有着不同的组织表达模式。GmDGAT1A主要在种子中表达,而GmDGAT2D在花丝中表达量较高。GmDGAT1A和GmDGAT2D同时都定位在内质网,并都可以恢复酵母油脂合成功能缺失突变体中三酰甘油的合成。在拟南芥和大豆发根中表达两个不同类型的DGAT都促进了种子中油脂的积累,但是不同类型的DGAT在不同物种中利用底物的偏好性存在差异。在大豆转基因发根中GmDGAT1A倾向于利用C18:3脂肪酸作为底物,GmDGAT2D转基因发根则合成更多的C18:2脂肪酸。在野生型拟南芥中表达GmDGAT2D同时促进了C18:2三酰甘油的合成,降低了C18:3三酰甘油脂肪酸含量,而在C18:2脂肪酸含量较少而C18:1含量较高的rod突变体中GmDGAT2D更多的利用C18:1合成三酰甘油。在野生型拟南芥中表达GmDGAT1A增加了C18:3脂肪酸的含量,并减少了C20:1脂肪酸的比例。两个DGATs对于底物选择的偏好性有可能影响了大豆种子中脂肪酸的组成成分。大豆中GmDGAT1A和GmDGAT2D不仅参与调控种子油脂合成和成分组成,同时也涉及促进油脂合成和对环境、激素相应其他方面的功能。GmDGAT2D基因在低温,高温胁迫、虫害、ABA及MeJA处理后表达上调,而GmDGAT1A对逆境响应较小,反映了它们在不同组织中的生理功能可能存在差异。WRINKLED(WRI1)属于植物特有的AP2类转录因子,通常参与调控糖酵解和种子发育过程,研究发现它能够激活糖酵解及脂肪酸合成过程中的相关基因,从而促进油脂合成。大豆基因组中包含至少15个WRI同源基因,我们鉴定了大豆中两个与拟南芥WRI1同源性最高的基因,分别命名为GmWRI1a和GmWRI1b,这两个基因在种子和根瘤中都显示较高的表达量,并存在着各自的可变剪切GmWRI1a’和GmWRI1b’。GmWRI1a和GmWRI1b及其可变剪切GmWRI1b’可以不同程度的促进atwri1突变体和野生型拟南芥种子中油脂的积累。在大豆发根中异源表达GmWRI1s降低可溶性糖的含量并促进大豆发根中三酰甘油的积累。对GmWRI1b转基因大豆发根进行转录组分析发现,有15个参与糖酵解、脂肪酸合成和三酰甘油合成过程中基因被GmWRI1b上调,并在这些基因的转录起始位点上游含有至少一个AW-box结构域。尽管GmWRI1a、GmWRI1b和GmWRI1b’都定位在细胞核,并可以同时结合目标基因启动子区,但是只有GmWRI1a能够直接转录激活目标基因,说明大豆GmWRI1a和GmWRI1b极有可能通过不同的方式对下游基因进行调控。大豆中GmWRI1s不仅调控种子油脂积累过程同时也参与豆科作物共生固氮过程。在大豆发根中过量表达GmWRI1a和GmWIR1b转基因发根中的根瘤数目增加,同时在GmWRI1s过表达的根瘤中大豆结瘤信号路径相关基因的表达被上调。相反抑制GmWIR1s的表达导致根瘤数目减少,结瘤因子基因被下调。通过对转基因根瘤中的代谢产物分析发现,GmWIR1在根瘤中参与调节代谢产物的分配过程,包括淀粉降解、糖酵解和油脂合成过程。本研究揭示在结瘤过程中GmWRI1能够协调糖酵解和脂肪酸合成,为根瘤的形成和发育提供碳源。