紫花苜蓿(Medicago sativa L.)是全球种植面积最大的豆科牧草之一,具有广泛的生态适应性、稳定的生产力及较高的营养价值,在我国农牧业生产和生态经济建设中发挥着举足轻重的作用。另外,2015年中央一号文件明确提出要加快发展草牧业,支持苜蓿的种植,体现了中央对发展我国苜蓿产业的高度重视,这就要求首先从培育品质优良的紫花苜蓿开始,进而推动我国畜牧业更好的发展。α-亚麻酸是人体必需脂肪酸,在人体健康及大脑发育方面具有重要作用。由于人体自身不能合成α-亚麻酸,必须从外界食物中获取。因此,深入解析动植物α-亚麻酸分子代谢机理对缓解人体多不饱和脂肪酸摄取不足,增进人体健康以及实现药食同源都具有重要意义。然而α-亚麻酸的生物合成需要在脂肪酸去饱和酶(Fatty acid desaturase,FAD)的催化下脂肪酸链引入不饱和双键才能完成。因此,对FAD基因家族的鉴定及功能分析是研究α-亚麻酸分子代谢机理的基本切入点。本论文首先利用生物信息学方法,从全基因组水平对蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)和紫花苜蓿进行FAD基因家族鉴定、系统进化分析、蛋白功能分析及表达分析,相继对紫花苜蓿△12和△15 FAD基因进行功能研究。另外,利用紫花苜蓿转录组数据,借助生物信息学比对技术,在全转录组水平开发了紫花苜蓿内含子长度多态性(Intron length polymorphism,ILP)分子标记。主要研究结果如下:1.利用生物信息学方法分别在蒺藜苜蓿和紫花苜蓿中鉴定出20个MtFADs基因家族成员和33个MsFADs基因家族成员。其中MtFADs共分为6个亚家族,而MsFADs分为7个亚家族,比蒺藜苜蓿多一个FAD4亚家族。MtFADs基因和MsFADs基因构建系统进化树各亚家族基因成员均能聚到相应分支。MtFADs基因对温度胁迫有不同程度的响应,特别是MtFAD3.1和MtFAD3.2基因受高温胁迫诱导表达,而MtFAD7.1和MtFAD7.2基因则响应低温胁迫。2.从紫花苜蓿叶片中克隆了紫花苜蓿α-亚麻酸合成途径中的关键基因MsFAD3和MsFAD6。烟草叶片表皮细胞亚细胞定位分析结果表明MsFAD3和MsFAD6基因编码的蛋白分别定位在内质网上和叶绿体上。MsFAD3基因在花、荚果、根、茎和叶5种组织中都有表达,而MsFAD6基因仅在荚果、茎和叶中表达。3.通过转基因手段分别获得119株MsFAD3转基因阳性植株和52株MsFAD6转基因阳性植株,阳性率分别为77.8%和81.2%。紫花苜蓿中过表达MsFAD3和MsFAD6基因后可显著提高紫花苜蓿叶片中α-亚麻酸含量,从转基因植株中筛选得到9株转化MsFAD3基因高α-亚麻酸转基因植株和8株转化MsFAD6基因高α-亚麻酸转基因植株,α-亚麻酸含量分别提高了23.76%~35.48%和9.32%~24.67%。4.紫花苜蓿中共开发了502个MsILP分子标记,随机选取100个MsILP标记对豆科和非豆科植物进行通用性分析,通用性扩增率分别为40%~83%和21%~22%。随机挑选21个紫花苜蓿品种进行遗传多样性分析,共产生169个等位基因,平均每个基因座有4.7个等位基因。多态性信息含量(Polymorphism information content,PIC)值变化范围为0.15~0.87,平均为0.60。根据亲缘关系的远近这些分子标记将21个紫花苜蓿品种聚为四类。