大豆（Glycine max）是我国重要的粮食作物,也是植物油和植物蛋白的来源之一。大豆具有极高的营养价值,富含氨基酸、蛋白质等营养物质,常用于日常饮食。随着居民生活水平的提高,人们对食用大豆和饲料原料的蛋白粕的需求急剧增加,但国产大豆远不能满足国内市场的需求。因此,利用现代生物技术结合传统育种的方法,发掘调控大豆氨基酸转运的关键基因,阐明种子中蛋白质合成的机制,将为培育出高质、高产的大豆新品种提供新的思路。氮素是植物的主要营养元素,在决定植物的生长和生产力方面起着至关重要的作用,为作物的最终产量贡献了40～50%。氨基酸是植物吸收的主要内源性氮素,也是合成蛋白质的原料。氨基酸进入细胞需要氨基酸转运蛋白,在氨基酸转运蛋白的协助下实现氨基酸在根系的吸收、地下部分与地上部分的长距离运输以及胚胎中的积累。氨基酸转运蛋白已经在多种生物中得到鉴定,拟南芥中LHT（Lysine/Histidine transporter）家族研究较多,其中AtLHT1和AtLHT2研究最为广泛,已有的研究结果表明,该家族的一些成员参与植物中氨基酸的运输,可影响种子的发育、品质和产量等性状。本研究利用生物信息学方法分析大豆Williams 82的转录组数据,并将候选基因与已报道的拟南芥LHT家族的转运蛋白进行氨基酸序列比对分析,确定GmLHT1基因为研究对象,并进行基因克隆。通过实时荧光定量PCR分析发现,GmLHT1基因在大豆根、茎、叶、花、果荚和种子等组织中均有表达,其中根和叶片中的表达量较高,这与网上公布的转录组数据一致。同时,将该基因连接到pCAMBIA1300-GFP载体上,构建成功的载体分别在烟草和拟南芥中表达,用以研究大豆GmLHT1的亚细胞定位和生理功能。生物信息学分析结果表明,大豆GmLHT1的CDS序列长1353 bp,编码451个氨基酸。同时发现拟南芥AtLHT1和大豆GmLHT1的蛋白序列相似度最高,为83.45%。将大豆GmLHT1在烟草叶片的表皮细胞中进行瞬时表达,发现该蛋白可能定位于内质网和细胞膜。在含有不同浓度氨基酸的1/2 MS培养基上培养野生型、过量表达GmLHT1和突变体拟南芥,十天后发现野生型、过量表达GmLHT1和突变体的幼苗均呈抑制生长,但过量表达GmLHT1的幼苗根长较野生型和突变体稍长,暗示GmLHT1能影响氨基酸的转运,以缓解外源氨基酸的毒害作用。酵母异源表达实验也证明GmLHT1能参与氨基酸的摄取与转运。统计野生型、过量表达GmLHT1和突变体拟南芥的产量相关数据,发现过量表达株系OE15、OE17和OE19的千粒重分别增加了17.1%、24.5%和13.2%,突变体降低了5.6%。同时运用体式显微镜观察成熟拟南芥种子的大小,相比于野生型,三个过量表达拟南芥种子粒长分别增加了8.2%、23.7%和6.3%,粒宽分别增加了11.1%、15.8%和6.7%,突变体的粒长和粒宽分别减少了6.3%和6.7%。过量表达株系的莲座叶侧枝多于野生型,统计植株角果数发现,相较于野生型来说,三个过量表达株系分别增加了10%、11%、14%,突变体减少了12%。过量表达株系单株产量显著提高,分别增加了10%、11%、14%,突变体减少了12%。这些结果表明,过量表达GmLHT1既增加了莲座叶侧枝和单株角果数,也调节了种子的大小,最后提高拟南芥的单株产量。综上所述,大豆GmLHT1参与了细胞对氨基酸的摄取和转运,同时影响了拟南芥种子的发育,这为进一步研究大豆氨基酸转运蛋白GmLHT1参与蛋白合成调控提供了理论依据,也为培育高蛋白、高产大豆新品种提供了新的思路。