种子是植物最重要的生殖器官,对植物的生长繁衍至关重要。作为营养物质的储藏器官,种子也是大多数作物的最终收获目标,为人类的日常生活和生产提供食物、饲料、以及原材料,在人类的生存和发展中有着不可替代的作用。近年来通过突变体分析和高通量表达谱分析等方法已经克隆了许多与种子形成和发育相关的基因,但对于这些基因之间的调节网络还有待深入研究。多倍体在高等植物中普遍存在,许多重要农作物都是多倍体。多倍体在促进营养体、种子和果实产量方面有重要作用,其研究一直受到研究者的高度重视。但目前关于同源多倍体表型、基因表达以及生理变化的机制还没有深入的研究。本研究分为两个主要部分,第一部分工作是利用酵母双杂交技术鉴定控制种子大小的HAIKU2(IKU2)的互作蛋白,并利用转基因技术分析IKU2等基因的功能,第二部分工作是对新获得的一个同源四倍体拟南芥进行分析,为同源四倍体表型变化的可能机制提供了新信息,主要结果如下：1采用SMART扩增技术构建了一个高质量的拟南芥0-3d角果cDNA文库。IKU2被预测为富含亮氨酸的受体激酶(LRR-RLK),以IKU2蛋白的胞外域筛到一个候选蛋白AJH1；以胞内域为诱饵筛到27个候选基因。通过滤纸印迹染色(X-Gal)、重新Mating杂交和共转化等方法,验证了挑选的候选基因与对应的诱饵蛋白互作的真实性,但是它们都不能与IKU2全长蛋白发生相互作用。2从ABRC购买了19个基因的29个突变体,共筛选得到13个基因的18个阳性纯合体,但这些材料的种子大小均与野生型没有显著的差别。构建IKU2-OE.IKU2反义、IKU2-GFP、IKU2BN-GFP(胞内结构域)、IKU2BW-GFP(胞外结构域)以及ORG4-OE、ORG4反义、YFP-ORG4、ORG4-GFP、ORG4-RNAi等载体,并都转化了拟南芥。通过半定量PCR分析挑选的转基因材料都获得了相应的目的单株；但检测各融合蛋白的荧光信号,只有IKU2BN-GFP被检测到。3对各载体转基因家系的粒重分析没有得到稳定一致的变异,但从IKU2反义转化材料中发现一个植株,其植株和种子均增大。我们将此株系命名为Big Seedling(BS),后续分析发现BS为一个同源四倍体材料。4同源四倍体拟南芥(BS)能够产生与二倍体(WT)显著不同的表现型,主要体现在叶片、主茎、花、角果和种子等器官增大,生长发育延缓等。通过扫描电镜观察成熟种子,以及通过微分干涉显微镜观察萌发后4-11d的子叶,发现BS子叶增大主要是由于细胞体积增大而不是细胞数目增多造成的。5BS的胚发育比WT慢约1d,但相同发育阶段BS的胚均比WT大；BS每一粒种子中可溶性蛋白质、脂肪酸、可溶性糖以及淀粉的含量分别比WT多约64%,45%,57%和55%；但各物质的质量分数没有发生变化。对8个粒重相关基因和34个细胞周期基因进行表达分析发现,ICK1、ICK2和ICK5在BS莲座叶和花器官中稳定地上调表达1.5-2倍,而其它基因的表达变化在BS和WT中差异不显著。6应用植物激素、葡萄糖、甘露醇和NaCl等多种物质处理BS和WT幼苗,发现BS对单一的植物激素处理与WT没有差异,而对葡萄糖处理比WT显著敏感。通过甘露醇和NaCl对照实验发现BS对葡萄糖敏感不是由于渗透胁迫造成的,因为BS比WT更加耐受NaCl胁迫,对甘露醇处理与WT没有差别。通过与另一个同源四倍体4COL对照发现四倍体对葡萄糖敏感具有普遍性。7对葡萄糖处理下BS,4COL和WT第3片真叶以及根表皮细胞大小和数目进行考察发现,与对照培养基相比,葡萄糖处理下四倍体的细胞大小和细胞数目受到显著的抑制,而二倍体受到的影响较小。8通过流式细胞检测葡萄糖和甘露醇处理10d后BS、4COL以及WT幼苗真叶的倍性水平(细胞核内复制)的变化,发现葡萄糖处理后细胞倍性降低而甘露醇处理后细胞倍性升高,这种变化趋势在四倍体和二倍体中是相同的。9对葡萄糖处理后四倍体和二倍体的基因表达进行分析,发现与对照培养基相比,CYCD、CYCB以及ICK1和ICK5的表达量上调,但只有CYCB1.2在四倍体和二倍体之间有显著差异。甘露醇处理后基因表达变化幅度比葡萄糖处理小,只有CYCD在处理后表现出差异,且在四倍体与二倍体之间,基因表达得差别都没有达到显著水平。