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大豆(Glycine max)是中国重要的农作物之一,大豆皂苷是其重要的次生代谢产物之一。随着对大豆皂苷研究的不断深入,发现皂苷有诸多对人体有益的功能,因此越来越受到人们的重视。但对大豆皂苷合成代谢机制研究较少。本实验以山西72份大豆种质资源为材料,采用高效液相色谱法(High performance liquid chromatography,HPLC)对72份大豆材料种子中大豆皂醇含量进行了测定,分析了不同材料中大豆皂醇组成和含量的差异,评价了不同粒重、种皮颜色和生态类型大豆材料中大豆皂醇含量的差异性。选取大豆皂苷含量不同的大豆材料采用高效液相-电喷雾离子化串联质谱联用技术(High performance liquid-electrospray ionization tandem mass spectrometry technology,HPLC-ESI-MS/MS)对籽粒发育过程中大豆皂苷的积累规律进行了研究,并进行转录组测序,筛选出参与大豆皂苷代谢的差异表达基因。利用qRT-PCR技术分析了大豆籽粒发育过程中以及不同组织中差异表达基因表达模式。本实验从转录组和代谢组水平上探究了大豆皂苷的合成代谢机制,以期探究皂苷合成关键酶基因,为大豆遗传改良奠定基础。研究结果如下:1.采用HPLC法对72份大豆材料皂醇含量进行测定并进行分析,结果表明:供试材料中大豆皂醇A、皂醇B和总皂醇的变异范围分别为0.19～1.54mg.g-1、0.63～2.69mg.g-1和0.92～4.02 mg.g-1。不同类型大豆品种种子中大豆皂醇含量之间有差异,小粒、黑色种皮、野生型大豆材料总皂醇含量最高,而大粒、黄色种皮、栽培型大豆材料总皂醇含量最低。不同组织,胚中总皂醇含量最高,种皮中含量最低。2.采用HPLC-ESI-MS/MS法对高皂苷含量材料武乡小黑豆和低皂苷含量材料晋遗30不同发育时期籽粒中皂苷含量进行测定,结果表明:武乡小黑豆和晋遗30大豆籽粒中总皂苷及各类皂苷含量在不同时期总体呈先增后减的变化趋势,一般在开花后32和40天左右含量达到最大值,总皂苷主要是由A类和B类皂苷组成,而E类含量较低。武乡小黑豆和晋遗30中A类皂苷组成差异明显,武乡小黑豆中大豆皂苷Aa是主要成分,而晋遗30中是大豆皂苷Ab,两个品种中DDMP类皂苷主要成分均为大豆皂苷βg。3.通过对武乡小黑豆和晋遗30开花后32天籽粒转录组测序,发掘出293个新基因,其中259个得到功能注释。获得差异表达基因1725个,其中1684个得到注释,武乡小黑豆和晋遗30样品与大豆基因组比对获得SNP位点数分别为70896、33243个。可变剪接类型主要是TSS和TTS。最终筛选出参与大豆皂苷合成代谢的差异表达基因有三个,分别为 GmHMGR1、βAS、UGT73B5。4.克隆GmHMGR1基因并对其进行生物信息学分析,结果表明大豆GmHMGR1基因包括四个外显子和三个内含子,基因组序列长度为4270 bp,cDNA序列长度为1632 bp,共编码543个氨基酸。武乡小黑豆和晋遗30两个材料GmHMGR1基因编码蛋白质仅在152位由D(天冬氨酸)变为N(天冬酰胺)。GmHMGR1基因编码蛋白质与菜豆(Phaseolus vulgaris)亲缘关系最近,与碧桃(Prunuspersica)亲缘关系最远。GmHMGR1基因氨基酸序列具有HMGR基因家族的保守结构域,其氨基酸序列中含有HMG-CoA结合位点TTEGCLVA和两个NADP(H)结合位点GTVGGGT和DAMGMNM。5.分析GmHMGR1基因在不同时期大豆籽粒及大豆幼苗不同组织中的表达模式,同时对籽粒中βAS及UGT73B5基因的表达情况进行分析,结果表明:GmHMGR1基因在不同组织中均表达,不同组织中表达量不同。不同时期籽粒中GmHMGR1表达呈先增后减的趋势,与大豆皂苷的含量变化趋势基本一致,βAS基因表达总体呈先增后减的趋势,UGT73B5基因表达也呈先增后减的趋势,初步证明GmHMGR1、βAS及UGT73B5基因是大豆皂苷生物合成代谢的关键酶基因。