氮素是植物生长必需营养元素,我国农田土壤中的氮肥施用量逐年增加,但氮肥利用率仅为30%左右,低于世界平均水平。低水平的氮肥利用率不仅造成资源的大量浪费还引起一系列环境问题,豆科植物与根瘤菌共生固氮每年可以从空气中固定氮素5500万吨,为植物提供无污染且更高效的氮源。GmSTF1和GmSTF2是百脉根中一个结瘤负调控蛋白Lj Bzf在大豆中的同源蛋白。本实验室前期利用IP-MS实验筛选GmSTF1和GmSTF2的相互作用蛋白,从而发现大豆14-3-3家族蛋白GmSGF14H蛋白与GmSTF1和GmSTF2相互作用。本研究以大豆14-3-3蛋白GmSGF14H及其进化上最同源的蛋白GmSGF14I为研究对象,分析了GmSGF14H和GmSGF14I蛋白在大豆结瘤过程中的生物学功能,初步探讨了其在大豆结瘤过程中的分子机制。详细研究结果如下。生物信息学分析发现GmSGF14H和GmSGF14I蛋白与其它的大豆14-3-3蛋白序列存在明显差异,GmSGF14H和GmSGF14I的C端从第258个氨基酸开始增加了一段氨基酸序列,GmSGF14H多出了一段SFFISLFCVVDLLLWFQD序列,GmSGF14I多出了一段SKNILLLIRIELLLHIFL序列,暗示GmSGF14H和GmSGF14I可能与其它大豆14-3-3蛋白功能不同。GmSGF14H和GmSGF14I在根中表达量高,与已报道的GmSGF14C在瘤中高表达和在叶、根中低表达以及GmSGF14L在叶、根、瘤中均低表达的模式不同。GmSGF14H和GmSGF14I启动子元件众多,可能参与激素和结瘤信号的调节。蛋白三级结构分析发现GmSGF14H蛋白含有壳梭孢素结构域和K+通道结构域,可能参与结瘤早期信号传递。定量PCR分析表明GmSGF14H和GmSGF14I在大豆结瘤过程的早期显著表达,GmSGF14H和GmSGF14I在幼嫩根瘤和成熟根瘤的根中高表达,表明GmSGF14H和GmSGF14I可能参与大豆结瘤过程。生物学功能分析发现过表达GmSGF14H和GmSGF14I基因不仅能显著的增加根瘤数目,而且能够促进根瘤发育和成熟以及促进植物生长。用CRISPR-Cas9技术分别敲除GmSGF14H和GmSGF14I基因后发现根瘤数目减少,根瘤发育迟缓,根瘤变小,植株发育迟缓。GmSGF14H和GmSGF14I蛋白定位在细胞质和细胞核中,并且酵母双杂试验,验证了GmSGF14H与GmSTF1互作。在GmSGF14H和GmSGF14I与结瘤信号通路蛋白互作试验,发现DMI3、NARK、CAM7与GmSGF14H和GmSGF14I都没有互作,进一步的分子机制正在探讨之中。通过对GmSGF14H和GmSGF14I基因在大豆结瘤过程的初步研究,明确了GmSGF14H和GmSGF14I基因正向调控大豆根瘤数目和根瘤发育的生物学功能,并且对它们参与结瘤信号通路的机制进行了初步探索。这些研究结果丰富了14-3-3蛋白家族功能及大豆结瘤固氮的研究。