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MADS-box基因是一个庞大的基因家族,编码的蛋白转录因子是植物生长发育过程中一类重要的调控因子。MADS-box基因不仅控制着植物的花器官发育,还参与其它方面的发育调控。大豆(Glycine max (L.) Merr.)是一种重要的经济作物,为人类提供丰富的油类和优质的蛋白。生殖性状的发育是农产品形成的基础,直接影响到大豆的产量和品质。因此,花器官和果实发育分子调控机制的研究对大豆种质改良具有重要意义。本研究利用生物信息学分析方法,借助大豆基因组数据库信息,在全基因组水平上鉴定了143个大豆MADS-box基因,分别命名为GmMADS1～-GmMADS143。根据编码蛋白的MADS域序列特征,将这些基因分为I型(type Ⅰ) MADS-box基因和II型(type Ⅱ) MADS-box基因。根据编码蛋白序列特征进一步将II型MADS-box基因分为MIKCc(64个)和MIKC*(7个)两类；将I型MADS-box基因分为Mα(36个)、Mp(11个)和Mγ(25个)三个类别。对不同类别的大豆MADS-box基因的序列特征、染色体定位、基因结构、编码蛋白的理化性质以及系统发生进行了分析。通过EST检索发现多数大豆MADS-box基因都具有活性,可被转录。利用基因芯片技术分析基因的组织表达特性,结果显示大豆MADS-box基因主要在花和荚中优势表达。结合已知的拟南芥MADS-box基因的信息,对大豆MADS-box基因家族的进化进行了分析,并对基因功能进行了初步的预测。根据大豆MADS-box基因的组织表达特性,选择在花中特异性表达的AP1类基因进行克隆和功能分析。从大豆中分离APl类MADS-box基因,命名为GmAP1。 GmAP1含有8个外显子和7个内含子,位于第16号染色体,以单拷贝形成存在于大豆基因组中。GmAP1的ORF长度为711 bp,编码236个氨基酸。多序列比对发现GmAP1与其它物种来源的AP1类蛋白序列高度相似,具有高度保守的MADS域、K域和AP1类蛋白所特有的euAP1基序。系统发生分析说明GmAP1与AP1/CAL/FUL亲缘关系较近,属于AP1类亚家族,可能具有ABCDE模型中A类MADS-box蛋白的特点和功能。原位杂交结果显示GmAP1在花发育初始期的分生组织中已开始表达,随后在花分生组织和花器官原基中大量积累,说明GmAP1可能与分生组织发育以及花原基的形成和分化有关。实时定量PCR和半定量RT-PCR结果说明GmAP1是在花中特异性表达的基因,在花发育的整个过程中都有表达。在四轮花器官中,GmAP1只在萼片和花瓣中表达。研究发现GmAP1定位于细胞核中,具有转录激活活性。GmAP1在烟草和拟南芥中的异源表达均会造成植株提前开花。35S::GmAP1转基因烟草出现了植株矮化和顶端优势减弱的现象。提早开花的转基因烟草株系还出现了一些花瓣和萼片的数目减少、花瓣状雄蕊和雄蕊状花瓣等花器官的变异。转基因研究说明GmAP1能够控制开花时间,影响花分生组织的形成,参与花器官的特化。我们还选择花和荚中优势表达的大豆SHP类MADS-box基因进行克隆和功能研究。通过cDNA末端快速扩增(RACE)技术分离基因全长,命名为GmSHPa。GmSHPa的ORF长度为729 bp,编码242个氨基酸。GmSHPa具有高度保守的MADS域和K域,而且在其C末端有AG类蛋白特有的两个基序：AG基序I和II。蛋白序列分析发现GmSHPa与拟南芥SHP1/2和豌豆M8等AG类MADS-box蛋白序列相似性很高。亚细胞定位结果显示该蛋白定位于细胞核中。进化分析表明GmSHPa与豆科植物百脉根和豌豆的SHP类蛋白进化关系较近,属于AG类亚家族中的PLE分支,具有花发育ABCDE模型中C/D类功能,可能与雄蕊、心皮和果实的发育相关。GmSHPa在大豆花和荚中表达量较高,在营养器官中不表达。在荚发育的过程中都有该基因表达,但表达量相对较低。种皮中也可检测到GmSHPa的转录。四轮花器官中,GmSHPa主要在雌蕊中表达。推测GmSHPa的功能可能与雌蕊和荚的发育有关。将GmSHPa在拟南芥中异源表达,发现转基因拟南芥出现长角果较小、裂片表面皱缩、开裂区纤维化程度加重、裂片和胚座框间的分界较为明显等变异性状。转基因植株的果荚提早开裂,但未影响种子的萌发。GmSHPa表达量高的转基因植株还出现了无花瓣现象。这些结果说明GmSHPa参与荚皮开裂过程和花器官发育。