大豆（Glycine max）通过根瘤这一共生组织进行生物固氮,为全球氮循环及减少化学氮肥的使用做出了巨大贡献。前人研究指出,以海藻糖-6-磷酸（Trehalose-6-phosphate,T6P）为中心的海藻糖代谢通路可以反映并调节拟南芥（Arabidopsis thaliana）体内蔗糖水平。海藻糖在大豆根瘤中特异性积累,暗示海藻糖代谢通路可能在大豆根瘤中发挥重要功能。因此,本研究对该通路在大豆根瘤中的功能进行了初步探究。主要结果如下:本研究发现在大豆中有18个海藻糖-6-磷酸合酶（trehalose-6-phosphate synthase,TPS）基因,17个海藻糖磷酸酶（trehalose-phosphatase,TPP）基因,以及唯一的一个海藻糖酶（trehalase,E）基因,并分别对其进行命名。经荧光定量检测发现,所选取的GmTPS、GmTPP以及GmTRE1基因在大豆根瘤中随根瘤发育表达量不断上升,且响应低磷诱导。同时,在拟南芥Attps1的互补实验中发现,与AtTPS1同源关系较近的三个GmTPS均显示TPS酶催化活性。说明大豆海藻糖代谢通路在基因表达及相关酶功能上表现活跃,可能参与大豆的生长发育过程。GmTRE1基因在大豆中是单拷贝的,且在大豆根瘤中特异高表达,所以本研究重点关注了 GmTRE1蛋白在根瘤中的功能及作用部位。转基因毛根和根瘤中的组织化学定位显示GmTRE1基因主要表达在根瘤侵染区。烟草亚细胞定位结果显示,具有信号肽序列的GmTRE1蛋白可能定位在植物细胞的细胞膜上。说明GmTRE1蛋白主要在成熟根瘤的侵染区参与海藻糖代谢或其它调控途径。利用井冈霉素抑制大豆中的海藻糖代谢,会引起根瘤数量增加及个体增大,说明海藻糖的积累对大豆根瘤的形成和发育具有促进作用。为进一步研究GmTRE1酶活对结瘤的影响,在本研究中成功构建了GmTRE1过表达及敲除转基因植株。实验发现,在正常营养条件下GmTRE1过表达植株的根瘤数量和总生物量减少。这说明促进大豆海藻糖的代谢会抑制根瘤的形成和生长。而GmTRE1敲除植株的植株生长和结瘤都与野生型没有明显差异,可能是根瘤菌中的海藻糖代谢活性补偿了大豆海藻糖酶活性的降低,显示该代谢通路由大豆及根瘤菌共生双方共同发挥作用。在低磷胁迫下,无论是通过外加井冈霉素抑制海藻糖酶活性还是直接改变转基因植株体内GmTRE1酶活,对大豆的生长及结瘤都没有明显影响,可能是海藻糖代谢通路相关基因的低磷响应并没有进一步表现在酶活上,或者其对根瘤的形成发育没有明显的直接影响。