大豆[Glycine max(L.)Merr.]作为重要的经济作物,是人类主要的植物油和植物蛋白来源。大豆开花期、成熟期和株高、主茎粗细等植株形态是影响大豆生产潜力的重要因素,阐明调控大豆开花期和植株形态的分子机理,是提高大豆产量潜力的关键科学问题。mi R172及其靶基因APETALA2(AP2)类转录因子对植物开花和生长发育起着重要的调控作用,然而大豆中mi R172及其靶基因对光周期调控开花的功能尚属未知。本研究以大豆Harosoy为材料,利用实时荧光定量PCR技术,在长、短日照条件下,分析mi R172及其靶基因在不同生育时期、不同组织中的表达模式;利用分子生物学技术,克隆mi R172及其靶基因,通过转基因技术分析它们在大豆光周期调控开花途径中的功能以及与大豆生育期基因间的相互作用关系,对深入探讨光周期调控大豆开花机制具有重要的学术价值,为分子设计育种提高大豆产量潜力提供理论依据。研究得出以下主要结果:一、大豆mi R172靶基因的识别和鉴定根据拟南芥TOE蛋白序列,利用生物信息学等手段,在大豆中筛选到3个TOE同源基因:Gm TOE4a、Gm TOE4b和Gm TOE3a。通过5’-RACE技术进一步证实了这3个TOE同源基因是大豆mi R172的靶基因。二、大豆mi R172及其靶基因的表达模式分析组织特异性表达模式分析结果表明:mi R172a/b主要在叶片和茎尖中表达;mi R172c主要在生殖器官中表达;Gm TOE4a和Gm TOE4b主要在营养器官中表达;而Gm TOE3a在各个组织中均有表达。时间调控表达模式分析结果表明:mi R172在幼苗期低表达,随着生长发育的进程逐渐增加,开花时达到最高值。Gm TOE4a和Gm TOE3a与mi R172表达模式相反,而Gm TOE4b与mi R172相同。mi R172及其靶基因的时空表达模式均与大豆的生长发育阶段相关。此外,Gm TOEs表现出了双峰的昼夜节律表达模式。三、大豆mi R172在光周期开花中的功能研究为了更好的研究mi R172及其靶基因的功能,克隆了mi R172家族成员mi R172a和mi R172c,以大豆品种Williams 82为受体转基因。发现mi R172a转基因株系没有表型变化;mi R172c转基因株系在长、短日照条件下都提前开花,并且主茎的茸毛颜色提早变为棕色,标志着提前进行发育的时相转换,表明mi R172c是大豆开花时间以及生长发育的重要调控因子。四、大豆Gm TOE4a在光周期开花中的功能研究克隆了mi R172的靶基因GmTOE4a,过表达GmTOE4a的大豆植株延迟开花,同时延迟从营养生长到生殖生长期的转换,而且植株形态也发生了变化,包括植株矮化、叶片变小、节间缩短和主茎增粗,呈现出了理想的大豆株形,成为增加抗倒伏能力、适应来自环境压力和提高大豆产量很有潜质的基因。因此,Gm TOE4a基因不仅对大豆开花和发育起调控作用,而且对大豆的植株形态也有贡献。五、mi R172及其靶基因参与的大豆光周期调控开花途径研究通过荧光定量PCR技术,在mi R172c及其靶基因GmTOE4a转基因大豆中分析已知开花相关基因的表达模式。结果表明mi R172及其靶基因Gm TOE4a所参与调控的大豆光周期开花途径是在E3E4作用下,通过调控开花整合因子Gm FT2a/5a以及花分生组织决定基因Gm AP1和Gm LFY来实现的。与模式植物拟南芥不同,mi R172及其靶基因依赖于Gm COL1a的表达,而且在转录水平不受GI同源基因E2调控。此外,大豆mi R172途径还与mi R156及其靶基因Gm SPL3/9有调控关系。更重要的是,mi R172与豆科特有的转录因子E1基因之间存在着负反馈调节作用。最后,我们提出了mi R172和Gm TOE4a所参与的大豆光周期调控开花途径模式图。上述结果中,mi R172及其靶基因参与的大豆光周期调控开花途径研究未见报道,属创新性研究。