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基因复制使植物基因组产生了大量的复制基因,为植物的进化提供了最原始、最丰富的基因材料。虽然大部分的复制基因在进化过程中因丢失了功能而被清除,然而当复制基因通过各种机制被保留后,会通过相应基因表达及功能上的进化对植物产生深远的影响,如花结构相关基因、抗病性诱导及胁迫逆境适应相关基因等。大豆作为古四倍体,经历了数次全基因组复制及大量的串联重复复制、区段复制及转座,其产生的大量复制基因会随机发生各种突变,当受到的选择压力不同时,不同的突变得到积累,进而使复制基因产生表达及功能上的分化,因此,与基因的原始功能相比,复制基因会变得无功能化、亚功能化及新功能化,也就会对大豆的生长发育产生不同的影响,如大豆种子各元素的含量、大豆对胁迫的反应及开花时间等,为大豆的进化提供了重要动力。因此,研究基因的复制机制及影响,能够对改良大豆的农艺性状提供重要的思路和参考。本论文对大豆CYP78A亚家族基因的复制与保留、进化、表达及功能进行了研究,主要研究内容如下:1、GmCYP78A亚家族基因的克隆与进化分析以拟南芥KLU基因的氨基酸序列为源序列进行比对,在大豆基因组中找到了与其亲缘关系最近的GmCYP78A70、GmCYP78A57、GmCYP78A72,即拟南芥中的KLU基因在大豆中具有了三个同源基因,随后分别对其进行了克隆。全基因组进化分析发现,GmCYP78A70与GmCYP78A57为通过全基因组复制而来,而GmCYP78A72是通过局部复制而来。2、GmCYP78A亚家族基因表达模式及功能研究本实验分析了GmCYP78A亚家族基因的表达模式,发现三个基因的表达产生了分化,GmCYP78A70主要在营养分生组织中表达,并随营养生长,表达量升高,其专一性地调控叶的生长,GmCYP78A57主要在花及种子中表达,随着生殖生长的进行,表达有升高的趋势,其主要调控花及种子的生长,而GmCYP78A72能够在以上组织器官中均得到表达并发挥调控作用。对三个基因的启动子的活性分析发现,三个基因的表达差异是由启动子的活性不同造成的。将三个基因过表达后,分别产生了不同的表型,表明三个基因的蛋白经过长期的自然及人工选择后同样产生了分化。3、GmCYP78A亚家族基因受到不同的自然及人工选择Ka/Ks分析表明,三个基因均经历较强的纯化选择。GmCYP78A70与GmCYP78A57经过全基因组复制后,分别具有部分的原始功能,即亚功能化,功能更趋向于专一,而GmCYP78A72作为最新复制出的基因,其复制后得到转移,且受到了更严格的选择,因而保留了更多的原始功能,以应对外界环境的变化,因此三个基因经过不同纯化及人工选择得到了保留。