四吡咯在植物光合作用、呼吸作用和氮/硫同化作用等一系列生物活动中起着重要的作用。四吡咯代谢负责叶绿素前体合成,对于叶绿素的合成代谢起着至关重要的作用。四吡咯代谢的紊乱直接影响植物的叶绿素形成、进而影响叶绿体的发育和植物光合作用。尽管目前在水稻,拟南芥,玉米等作物中关于四吡咯代谢的分子机制研究已有报道,但大豆中此类工作尚未开展详细的研究。本论文对大豆类病斑突变体Glycine max lesion mimic mutant 2-1（Gmlmm2-1）和浅绿叶突变体Glycine max pale green leaf 2-1（Gmpgl2-1）的基因定位和功能等方面开展了全面的研究,解析了大豆中四吡咯代谢途径对于叶绿素合成和植物免疫的影响,为大豆代谢物质的研究提供了重要的理论基础及基因材料。Gmlmm2-1突变体具体研究结果如下:1.大豆类病斑突变体Gmlmm2-1叶片整个生育期均表现为黄化类病斑表型,其叶绿素a,叶绿素b和类胡萝卜素的含量分别约为‘Williams 82’的51%、50%和40%。同时Gmlmm2-1的株高,百粒重,单株粒数和根瘤数与野生型相比显著下降;Gmlmm2-1病斑处伴随大量活性氧的积累,表明病斑处发生程序性细胞死亡。遗传分析表明,Gmlmm2-1的类病斑表型受单个隐性核基因控制。2.通过图位克隆将Gmlmm2-1突变体的突变基因定位在14号染色体203,085–426,404 bp区间内,全基因组重测序分析发现,该区间只有Glyma.14G003200存在一个A-G的碱基替换,其导致192位的保守氨基酸酪氨酸突变成半胱氨酸。通过基因功能互补和CRISPR/cas9敲除实验证明,Gm LMM2（Glyma.14G003200）基因突变造成了Gmlmm2-1突变体的类病斑表型。3.Gm LMM2基因编码四吡咯代谢的粪卟啉原III氧化酶（CPO）,系统发育树及基因组共线性分析结果表明,其为单拷贝基因。在拟南芥原生质体中瞬时表达GFP-Gm LMM2结果表明,Gm LMM2蛋白定位于叶绿体。透射电镜观察表明,Gmlmm2-1突变体叶绿体中类囊体膜与‘Williams 82’相比明显减少。4.遮光处理的Gmlmm2-1叶片表型正常,高光强下生长的Gmlmm2-1突变体叶片黄化及病斑坏死程度明显增加。Gmlmm2-1突变体中,除粪卟啉原III外叶绿素前体含量均减少,光毒性的粪卟啉原III积累造成叶片细胞死亡。5.Gmlmm2-1中相关免疫基因的表达显著增加,接种大豆疫霉P7076的Gmlmm2-1叶片病原菌侵染面积显著小于野生型,说明Gmlmm2-1突变体中抗病反应被激活,突变体具有增强的病原菌抗性。Gmpgl2-1突变体具体的研究结果如下:1.大豆浅绿叶突变体Gmpgl2-1苗期叶片初期表现为黄绿色,后期白化,然而开花后Gmpgl2-1突变体叶片逐渐复绿,结荚期后期Gmpgl2-1突变体叶片与‘Williams 82’的叶片表型基本一致。进一步筛选到两个与Gmpgl2-1表型相似的突变体,将其分别命名为Gmpgl2-2和Gmpgl2-3;遗传分析表明,这三个突变体互为等位突变体,其褪绿表型受单个隐性核基因控制。2.通过BSA和图位克隆方法将Gm PGL2定位至到12号染色体38,096,702–38,406,000 bp,该区间缺失了30个基因。通过全基因组重测序以及BSA分析,发现Gmpgl2-2和Gmpgl2-3分别在候选区间的Glyma.12G222200基因的第三个外显子和四个外显子中有一个G-A的替换。因此推断Glyma.12G222200就是控制突变表型的Gm PGL2基因,。3.Gm PGL2基因编码四吡咯代谢的原叶绿素酸酯氧化还原酶（POR）,在大豆中存在3个拷贝的Gm PGL2,定位于叶绿体。Gm PGL2在光下及黑暗中持续表达,强光下表达显著下降;同时Gm PGL2的表达受光照时长的调控。Gmpgl2-1突变体的黄色质体极少形成原片层体结构,且形成的原片层体的晶格结构紊乱且面积较小。Gmpgl2-1成熟叶绿体中淀粉颗粒和类囊体膜显著减少。4.黑暗生长的Gmpgl2-1叶片光照后绿化速度明显延迟,总原叶绿素酸酯的含量和光照后光活性的原叶绿素酸酯含量明显减少,说明Gm PGL2突变影响了大豆黄化苗的转绿及原叶绿素酸酯的还原。