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全基因组重复(WGD)，即多倍化是植物基因组进化的一个主要驱动力，然而多倍化产生的重复基因的丢失、保留及随后的功能分化机制仍然不清楚。大豆(Glycine max)是重要的农作物，其最近的一次全基因组重复事件是大豆属特有的，发生在大约13个百万年前，大豆基因组中还保留着大量的多倍化产生的重复基因，因此，大豆是研究多倍化产生的重复基因功能命运的理想材料。谷胱甘肽转移酶(GST)是一个具有多种生理功能的超基因家族，在植物抗逆和解毒过程中发挥重要作用。本研究以大豆威廉姆斯82为实验材料，GST基因家族为研究对象，综合系统进化、基因表达模式和蛋白酶学性质等方面的分析，探讨了大豆GST基因家族中重复基因的功能命运，其主要结果如下: 1、从大豆基因组中鉴定了101个全长的GST基因，分为8个亚家族:tau、phi、lambda、DHAR、EF1Bγ、zeta、theta和TCHQD。这101个GST基因在大豆20个染色体上的分布是不均匀的，在16个染色体上分布着29个基因簇。并且串联重复和全基因组重复都对大豆GST基因家族的扩张有贡献。 2、我们鉴定了由大豆属特有的最近全基因组重复事件形成的72个GST重复基因对，发现它们重复之后的命运分为三类:第一类，两个重复基因都保留下来，这种类型包含20个重复基因对(28％);第二类，一个重复基因保留而另一个变成假基因或者丢失，有27个重复基因对(37％)符合这一类型;第三类，两个重复基因都变成假基因，包含25个基因对(35％)。在这72个多倍化产生的重复基因对中，72％的GST重复基因对经历了基因丢失或假基因化，而28％的GST基因对在大豆的基因组中保留下来。GST假基因受到松弛的选择约束，而功能基因受到较强的负选择。 3、研究了大豆101个全长GST基因在大豆不同生长时期(V5，VE，V3和R3期)、不同组织部位的表达模式，以及V5期大豆的5个不同部位（根、茎、成熟叶、嫩叶和顶芽）在四种胁迫处理（H2O2、莠去津、CDNB和水杨酸）下的表达模式。结果显示66个基因在检测的各生长时期和生长条件的所有组织部位都表达，只有7个假基因在任何处理、任何组织部位都不表达，剩余的28个基因是在特定处理或特定组织部位选择性的表达。在大豆最近全基因组重复事件产生的72个GST重复基因对中，有32对是每个重复基因都是全长的GST。在这32对中，有50％的GST重复基因对在表达模式上发生了分化。 4、我们表达并纯化了tau、phi和DHAR类GSTs，并对底物活性进行了测定。发现同一基因簇中串联排列的GST基因所表达的蛋白具有不同的底物特异性，并且对于同一底物的酶学活性也具有显著差异。此外，重复基因对在酶学特异性和酶学活性方面也存在差异。根据重复基因对所编码蛋白的酶学特异性和活性，可以将其分为两种类型:第一种类型，两个重复基因的底物谱具有部分重叠，这预示着在全基因组重复事件后发生了部分亚功能化;第二种类型，两个重复基因所编码的蛋白显示出相似的底物谱，但是对每种底物的酶学活性有较大的差异。这些结果说明串联重复和全基因组重复基因所编码的蛋白都发生了功能分化。 5、为了理解重复基因对的功能分化机制，我们构建了重复基因对的祖先蛋白，并进行酶学性质测定。通过比较祖先蛋白和其后代蛋白的酶学活性，我们发现它们的酶学活性具有复杂的分化模式。我们模拟了祖先蛋白AnGSTU3-6和AnGSTU18-36的三维结构，并选择了6个氨基酸位点进行定点突变，对突变体蛋白进行酶学性质分析，发现关键氨基酸位点的非同义替换在多倍化产生的GST重复基因对的酶学功能分化中起着重要作用。 综合分子进化分析、基因表达模式、酶学特性和定点突变等数据，本论文系统性地阐述了大豆属特有的最近全基因组重复事件产生的GST重复基因对的进化和功能动态，加深了我们对多倍化产生的重复基因的功能命运的理解。