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表观遗传学是研究基因的DNA序列不发生改变的情况下,基因表达或表型发生可遗传变化的学科。DNA甲基化作为表观遗传学的一个重要机制,对基因调控和基因组稳定性至关重要。DDM1(DECREASED DNAMETHYLATION 1)是维持正常基因组DNA甲基化模式所需的ATP依赖性SWI2/SNF2染色质重塑因子。在拟南芥中,ddm1突变体的DNA甲基化下降70%,无明显表型。在玉米、水稻和番茄中,DDM1突变后DNA甲基化广泛降低,具有很强的有害表型。但DDM1如何与其他甲基化途径相互作用,DDM1蛋白的具体功能尚不清楚。因此在本研究中,我们以大豆为试验材料,利用CRISPR/Cas9技术构建了 Gmddm1突变体,并对突变体进行DNA甲基化分析和表型观察,以期为进一步揭示DDM1在植物中发挥作用的分子机制提供参考。本研究主要结果如下:1、生物信息学分析显示,DDM1基因相当保守,在大豆基因中存在两个高相似度的拷贝,具有DEXDc功能域和HELICc功能域。GmDDM1a与GmDDM1b基因相似度高达94.882%,GmDDM1a基因CDS区全长2286bp编码762个氨基酸,GmDDM1b基因CDS区全长2289bp编码763个氨基酸。DDM1在植物界是高度保守的,系统进化树分析可知,可以明显分为单子叶和双子叶,GmDDM1蛋白与同为豆科的菜豆DDM1蛋白的亲缘关系最近。2、以大豆Williams 82(W82)、Jack和东农50为试验材料,经RT-PCR显示,DDM1基因在大豆中发挥着重要作用,具有一定的组织特异性,不同种质资源之间存在表达差异。DDM1的表达调控与细胞状态有关,越活跃的细胞表达量越高,同时与遗传差异有关。3、利用CRISPR/Cas9技术成功构建敲除载体,经遗传转化鉴定得到杂合突变体23株和6种纯合突变体50株。6种纯合突变体皆为碱基缺失型突变,导致移码突变和提前终止翻译。4、经甲基化组分析,大豆GmDDM1基因突变影响了基因组的DNA甲基化水平,Gmddm1在CG、CHG位点的甲基化水平都有降低。Gmddm1a-1C、Gmddm1a-2C和Gmddm1b-2C在CHH位点的甲基化水平有升高,Gmddm1b-2C尤为明显。DMRs定位分析显示,DMRs主要分布在CHH位点的基因间区。田间表型观察发现Gmddm1突变体植株具有矮化表型。相比于野生型,Gmddm1突变体有更多的分支,植株矮化易断枝,单株收种量减少。