1、菜用大豆是指大豆鼓粒末期(R6～R7)籽粒飽滿，莢色翠綠時采青食用的大豆專用型品種，是一種重要的豆類蔬菜。外觀品質(zhì)和食味品質(zhì)是菜用大豆兩個基礎的品質(zhì)要素，與菜用大豆這兩個性狀緊密相關的百莢鮮重、百粒鮮重及鮮籽粒蔗糖含量是菜用大豆品質(zhì)遺傳研究的重要性狀。依據(jù)菜用大豆這些特殊的目標性狀，本研究在對我國323份栽培大豆種質(zhì)資源進行準確評價、鑒定的基礎上，通過關聯(lián)作圖和連鎖作圖方法發(fā)掘與大豆百莢鮮重、百粒鮮重及鮮籽粒蔗糖含量相關的QTL或關聯(lián)位

2、點。同時，通過同源克隆的方法獲得大豆蔗糖代謝關鍵酶轉化酶及蔗糖磷酸合成酶的基因，對這些基因進行大豆發(fā)育中籽粒及大豆根、莖、葉、花中的表達特性進行分析，并檢測了這些組織中相關酶的活性及糖代謝物的含量。進一步將大豆轉化酶基因、蔗糖磷酸合成酶基因轉化野生型擬南芥，并將大豆轉化酶基因轉化擬南芥細胞質(zhì)轉化酶基因功能缺失突變體，觀測擬南芥轉基因株系相應酶的活性，蔗糖、葡萄糖的含量，以及生長發(fā)育中幼苗根長、蓮座葉直徑等性狀。以了解這些酶對組織中糖分累

3、積及植物生長發(fā)育的影響。本研究主要結果如下:
　　1.按照菜用大豆品質(zhì)要求直接通過表型篩選得到一批優(yōu)異鮮籽粒性狀的種質(zhì)，并通過關聯(lián)分析方法鑒定得到與百莢鮮重、百粒鮮重、鮮籽粒蔗糖含量相關的58個（次）標記-性狀關聯(lián)位點，涉及36個SSR標記。在這58個關聯(lián)位點中，有9個蔗糖-SSR關聯(lián)點，28個百莢鮮重-SSR關聯(lián)點，21個百粒鮮重-SSR關聯(lián)點，這49個莢粒鮮重相關位點共涉及29個SSR標記。進一步對這些顯著關聯(lián)位點進行特異等位

4、變異及載體材料發(fā)掘，鑒定出一批優(yōu)異等位變異位點及其典型載體材料。同時用連鎖作圖的方法共定位到11個(次)QTL與百莢鮮重（5個）、百粒鮮重（4個）、鮮籽粒蔗糖含量（2個）相關。兩種不同作圖方法檢測QTL的結果中均涉及到的SSR標記有4個，分別為Satt136、Satt208、Satt251及Satt445。
　　2.以擬南芥細胞質(zhì)轉化酶基因及蔗糖磷酸合成酶基因序列為探針，分別同源克隆得到兩個大豆細胞質(zhì)轉化酶基因GmCInv1和Gm

5、CInv2，兩個大豆蔗糖磷酸合成酶基因GmSPS1和GmSPS2。GmCInv1和GmCInv2的開放閱讀框分別為2040bp和1665bp，分別編碼680個和555個氨基酸殘基。推測兩蛋白分子量分別為76.96kD和63.30kD，等電點分別為5.94和6.22。GmSPS1和GmSPS2的開放閱讀均為3177bp，編碼1059個氨基酸殘基。推測兩蛋白分子量分別為117.97和117.99kD，等電點分別為5.99和6.09。同源性分

6、析發(fā)現(xiàn)GmCInv1和GmCInv2與其他植物細胞質(zhì)轉化酶氨基酸序列相似性較高，并與酸性轉化酶基因完全分開。GmSPS1與GmSPS2在同源性分析中與擬南芥ATSPS1F及ATSPS2F分到一組，但親緣關系最近的卻是葡萄和茄。
　　3.隨著大豆籽粒的發(fā)育進程，籽粒中蔗糖含量呈先增長后降低的趨勢，葡萄糖含量前期降低較快，后期降低較慢。淀粉含量在不同品種中隨發(fā)育時期變化的趨勢不同。在大豆根、莖、葉、花中，蔗糖含量大都低于葡萄糖含量，這

7、與籽粒中情況恰好相反。隨著大豆籽粒發(fā)育進程，籽粒中細胞質(zhì)轉化酶、液泡轉化酶、細胞壁轉化酶活性均是逐步下降，且液泡轉化酶活性一直高于細胞質(zhì)轉化酶活性高于細胞壁轉化酶活性;蔗糖磷酸合成酶活性在不同品種中變化規(guī)律不同。非籽粒組織中，一般葉片和花中轉化酶活性較高;蔗糖磷酸合成酶活性有的品種是花中最高，有的是根中最高。隨著籽粒的發(fā)育進程，兩個細胞質(zhì)轉化酶基因GmCInv1與GmCInv2的表達模式不同:GmCInv1呈上升趨勢，而GmCInv2有

8、下降趨勢，對籽粒中轉化酶活性具有明顯效應的可能是GmCInv2。兩細胞質(zhì)轉化酶基因均是在根中表達量高于其他組織。大豆蔗糖磷酸合成酶基因隨籽粒發(fā)育進程表達量逐步升高，在根中的表達量高于其他非籽粒組織。糖代謝物含量與酶活性、酶活性與酶基因表達量之間均存在一定的影響關系，但沒有完全的控制效果。
　　4.將GmCInv1及GmCInv2分別轉化擬南芥野生型(WT)及擬南芥細胞質(zhì)轉化酶基因功能缺失突變體cinv1，將獲得純合陽性轉基因株系分

9、別稱作W組轉基因株系和M組轉基因株系。除GmCInv2的M11株系外，GmCInv1、GmCInv2的其他轉基因株系均有目的基因的表達及擬南芥自身轉化酶AtCinv1基因的表達，WT沒有大豆基因表達，突變體cinv1沒有大豆基因的表達且自身AtCinv1基因的表達極低。GmCInv1及GmCInv2的表達，專一性的提高了轉基因株系的細胞質(zhì)轉化酶活性，對液泡轉化酶、細胞壁轉化酶活性沒有明顯效應。轉基因株系的蔗糖含量及其蔗糖含量/葡萄糖含量

10、比被降低，表明轉化酶活性的提高促進了蔗糖的分解。與對照相比，轉基因株系的生長發(fā)育受到影響，基因效應包括:促進幼苗根伸長，促進蓮座葉生長，促進蓮座葉數(shù)目增加，增加抽薹數(shù)，增加株高，延長開花期。兩轉化酶基因在某些功能上具有差異。大豆GmCInv1及GmCInv2的表達對擬南芥突變體cinv1的一些表型具有補償作用，可以恢復其表型，但不一定能完全恢復至WT水平。
　　5.轉GmSPS1、GmSPS2的轉基因株系均有目的基因的表達，但兩基

11、因的6個轉基因株系中僅有1個株系Line5的SPS活性與WT有顯著性差異。Line5的蔗糖含量明顯提高，與WT相比，Line5植株高度及幼苗根長得到顯著增加。其他5個株系雖然SPS酶活性沒有顯著提高，但大部分株系仍在所考察的6個生長發(fā)育表型中有某一個或兩個與WT產(chǎn)生顯著性差異。這些結果表明擬南芥中SPS活性的提高能夠促進蔗糖的累積，并引起植株生長表型的改變;大豆SPS基因在擬南芥中表達后可能受到其他因素的抑制，以至不能提高擬南芥SPS的