豆科植物的生物固氮(BNF)作用为农业生产提供了大量绿色环保的氮素,在可持续生态农业中发挥着重要作用。固氮器官根瘤的发育及固氮过程对磷的需求较高,因此,根瘤中磷吸收的调控路径及磷平衡的改变势必影响生物固氮效率。甘油-3-磷酸/磷转运蛋白(G3PT)是一类糖—磷酸盐/阴离子逆转运蛋白,在磷转运中起重要作用,然而关于G3PT在根瘤磷吸收转运方面的调控作用鲜有报道。本研究以大豆为实验材料,通过生物信息学等相关技术对甘油-3-磷酸/磷转运蛋白家族成员(GmG3PTs)进行家族分析。在此基础上,筛选并克隆了在根瘤中低磷增强表达的基因GmG3PT3。为进一步明确GmG3PT3在大豆生物固氮的功能,本研究利用GmG3PT3的过表达和干涉材料进行高磷(250μM Pi)/低磷(25μM Pi)的水培试验和大田试验。主要结果如下:(1)生物信息学结果表明,大豆甘油-3-磷酸/磷反向转运蛋白家族共包含6个成员。根据基因结构的相似性及进化树分析,GmG3PTs分为3个亚组:第I亚组包括GmG3PT1和GmG3PT6,第II亚组为GmG3PT2和GmG3PT5,第III亚组包含GmG3PT3和GmG3PT4。同组内基因结构高度相似,编码区序列相似度均超过90%。(2)表达模式分析表明,GmG3PTs在大豆6个部位包括根,茎,叶,花,荚和种子的表达量存在差异,第I亚组(GmG3PT1和GmG3PT6)和第II亚组(GmG3PT2和GmG3PT5)主要在低磷的荚表达,第III亚组(GmG3PT3和GmG3PT4)在各个部位都有高表达,且受低磷显著诱导。GmG3PT3在根瘤中的表达量比其他GmG3PT家族成员高,并且在根瘤的不同发育时期都有较高表达。以上结果暗示了GmG3PT3可能在大豆结瘤过程及根瘤磷平衡中发挥功能。(3)亚细胞和组织化学定位结果表明,GmG3PT3定位在液泡膜,并且GmG3PT3主要在根瘤的维管束、皮层和侵染区中表达。(4)可溶磷测定结果表明,过表达GmG3PT3促使磷向根瘤类菌体中转运,而干涉该基因导致可溶磷在皮层中积累,显著降低了固氮区可溶磷的浓度,说明改变GmG3PT3的表达影响了根瘤中磷的分配。(5)水培和大田的试验表明,与野生型对比,过表达GmG3PT3显著增加根瘤数和根瘤干重、提高了植株氮磷含量和生物量,进而显著增加了大豆产量;干涉GmG3PT3显著减少了根瘤数和根瘤干重、降低了植株氮磷含量和生物量,进而降低了大豆产量。(6)大豆接种根瘤菌3.5小时后,GmG3PT3明显上调表达。同时,利用自身携带GFP的根瘤菌进行侵染试验的结果表明,与野生型比,干涉GmG3PT3显著降低了侵染线的数目。综上所述,GmG3PT3编码液泡膜定位的糖—磷转运子,主要在根瘤的维管束、皮层和固氮区表达。GmG3PT3参与了磷从根瘤皮层细胞到类菌体的转运,影响了根瘤中磷的分配。改变GmG3PT3的表达显著影响根瘤数和根瘤的固氮能力,氮磷含量及生物量,进而影响了大豆产量。本研究结果部分解析了磷调控大豆根瘤固氮的分子生理机制,为大豆养分高效遗传改良提供了候选基因资源。