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甲硫氨酸是人类的必需氨基酸,主要从植物中获得。植物中甲硫氨酸主要以储存蛋白的形式存在于种子中。同型半胱氨酸甲基转移酶（HMT）是植物种子中甲硫氨酸合成的关键酶,在S-甲基甲硫氨酸或S-腺苷甲硫氨酸提供甲基的前提下,催化高半胱氨酸转化为甲硫氨酸。拟南芥中的研究发现,HMT基因家族的功能已经发生分化。为了探究HMT基因家族的进化历史,及其在人类主要植物蛋白来源大豆中的功能分化情况,本论文对该基因家族进行了详尽的分子进化和功能分化研究。研究结果如下:首先,植物HMT基因家族的系统进化关系显示,HMT基因家族在陆地植物的祖先开始分化为两个分支Class1和Class2,Class1中仅包含种子植物,而Class2中包含所有的陆地植物。进一步的基因结构分析结果显示,该基因家族在蛋白结构以及外显子与内含子数量和结构都相对保守;选择压力的分析也显示该家族在进化的过程中受到强烈的净化选择。尽管如此,功能分化的结果显示,Class1和Class2之间存在着type I功能分化,6个分化位点被检测到,type II功能分化并没有被检测到,这些结果暗示了HMT基因家族在进化的过程中相对保守,但可能存在着一定的非极性的亚功能分化。其次,表达分化是基因功能分化的一个重要反映。本研究对大豆中的4个HMT基因GmaHMT 1、GmaHMT 2、GmaHMT 3和GmaHMT 4分别进行了组织特异性表达和胁迫表达分析。组织特异性表达结果显示:GmaHMT 1、GmaHMT 2和GmaHMT3总体在生殖器官中的表达高于营养器官,在不同的发育阶段会出现一定的波动;不同的是,GmaHMT4主要在叶片中表达,在花以及不同时期的果荚中表达量显著降低。此外,大豆HMT基因家族的胁迫响应分析结果也具有不同的分化。首先,干旱胁迫中,GmaHMT 1、GmaHMT 2和GmaHMT3具有相似的响应结果,即低浓度时表达量显著下调,25%PEG6000时这些基因被诱导上调,而GmaHMT4在不同的浓度下均被显著下调;在盐胁迫下,4个基因的表达趋势与干旱胁迫相似,所不同的是,4个基因的表达在不同的盐浓度下均被显著下调;在酸碱胁迫下,大豆HMT基因家族在不同的pH条件下基本都被抑制,除了GmaHMT 1和GmaHMT3在pH为10条件下被诱导高表达。因此不同的基因在组织特异性表达和胁迫表达都有一定的分化。启动子区是影响基因表达的关键区域,通过大豆HMT基因启动子区域分析结果显示GmaHMT 1、GmaHMT 2和GmaHMT 3三个基因与GmaHMT 4的启动子区确实存在较大的分化,这可能也是影响GmaHMT 4与其他三个基因在组织和胁迫表达上分化的关键因素。最后,我们也对大豆中的HMT基因在Escherichia coli BL21（DE3）进行过表达发酵比较研究。结果显示,GmaHMT3和GmaHMT4产甲硫氨酸的含量显著高于GmaHMT1和GmaHMT2,其中GmaHMT2的产量最低。此外,我们还对4个HMT分别进行了催化分析,结果显示GmaHMT1不能利用SMM作为甲基供体合成甲硫氨酸,而GmaHMT2、GmaHMT3和GmaHMT4可以利用,该结果暗示了GmaHMTs在催化活性和甲基供体方面均已发生分化。综上,我们的研究结果显示植物中HMT基因家族在进化过程、基因表达、酶活以及甲基供体等方面都出现了一定程度的分化。这些分化与植物尤其是植物种子中甲硫氨酸的合成密切相关,这些研究将为植物尤其是大豆中甲硫氨酸的改良提供一定的理论基础。