大豆是重要的经济作物,但其生育期常受到病虫害的困扰。萜类化合物在生态系统中发挥重要作用,如增强植物抗病能力、帮助植物抵御天敌等。植物萜类物质的合成有两条合成途径,即存在于细胞质中的甲羟戊酸（MVA）途径和存在于质体中的2-C-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸（MEP）途径。与MVA途径的研究相比,MEP途径的研究刚刚起步,尽管一些与该代谢途径相关的基因已被克隆,但其代谢调控的研究仍不清楚。本文主要对MEP代谢途径中的限速酶和关键酶基因进行了克隆及功能鉴定。MEP途径关键酶基因的成功克隆,一方面有助于了解萜类化合物生物合成与调控的分子机制,同时也为利用代谢工程方法调节MEP途径中代谢流的分布,提高萜类物质含量提供了基因靶点,具有重要的理论意义和应用价值。主要取得了以下一些研究进展。1、从大豆中克隆了催化MEP途径生物合成的第一个限速酶基因GmDXS1并进行了表达分析。序列分析表明GmDXS1基因编码的蛋白与其它植物DXS蛋白有很高的同源性,具有DXS蛋白固有的特征和保守域:N端有引导DXS定位于质体的转运肽,该转运肽在细菌中是没有的;含有绝对保守的功能位点His;含有硫胺素（TPP）结合域,（起始于保守序列-GDG-,终止于保守序列-LNDN-）和DXS的指纹氨基酸基序DRAG。系统进化分析表明GmDXS1基因属于Ⅰ类植物DXS。表达分析表明GmDXS1基因在光合组织中表达,且其表达受高温诱导。Southern blot分析发现该基因在大豆基因组中只有一个拷贝,推测可能是功能蛋白。将GmDXS1基因与GFP融合转化烟草植株,绿色荧光蛋白检测证明GmDXS1基因定位于叶绿体。对转基因植株的萜类化合物的含量进行测定发现,GmDZS1基因的过量表达显著了提高烟草叶绿素、类胡萝卜素和赤霉素的含量,而降低了脱落酸的含量。2、从大豆中克隆了两个编码DXR蛋白的同源基因,DXR是MEP途径生物合成第二个限速酶。序列分析表明2个GmDXRs基因编码的蛋白其N端都含有引导DXR定位于质体的特有的转移肽序列和保守的脯氨酸富集区（Proline-rich region）。同时也具有DXR活性所必需的典型的多肽位点,即两个DXR活性motif和两个NADPH结合motif。但这两个同源基因之间仅有74%的相似性。系统进化分析发现这两个基因在进化上有很大分离。Southern blot分析发现两个GmDXRs基因在大豆基因组中都有两个拷贝,而以前的研究认为植物DXR基因都以单拷贝形式存在。组织表达分析表明GmDXR1在大豆各个组织中组成型表达,而GmDXR2在各个组织中都不表达,推测可能与胁迫相关。高温诱导分析表明GmDXR2表达受热胁迫诱导,而GmDXR1受热胁迫影响较小。将两个GmDXRs基因与GFP融合分别转化烟草植株,绿色荧光蛋白检测证明两个GmDXRs基因都定位于叶绿体。对转基因植株的萜类化合物的含量进行测定发现,GmDXRs基因的过量表达显著提高了烟草叶绿素、类胡萝卜素和赤霉素的含量,而降低了脱落酸的含量。其中,GmDXR2基因的效应较GmDXR1基因显著。3、从大豆中克隆了一个控制单萜化合物合成的关键酶基因GmTPS,对其进行了表达分析及功能鉴定。序列分析表明GmTPS基因编码的蛋白N端含有推测为质体定位的信号肽区域和萜类保守的功能域DDxxD motif。系统进化分析表明GmTPS基因属于萜类合酶TPS-g亚家族。Southern blot分析表明GmTPS基因在大豆基因组中有1个拷贝。组织表达分析表明GmTPS基因在茎、叶、英皮中表达,在根、花、种子中不表达。表达分析表明GmTPS受高温、低温、机械损伤、SA和昆虫啃食诱导。采用GateWay体系构建了GmTPS基因与GFP融合的过量表达载体并转化烟草植株。抑杀菌实验表明转基因烟草植株能够抑制各种微生物的生长,尤其对真菌有很强的抑制作用。抗虫鉴定结果表明转基因植株较野生型植株对斜纹夜蛾幼虫有显著的驱避和生长抑制作用。同时,我们也对萜类化合物的“抗热性”假说进行了探讨,测定了热胁迫后转基因植株和野生型植株的生理指标和光合指标。