大豆是我国主要的油料作物,也是人类重要的植物蛋白来源,但我国大豆单产不到美国的60%,是世界上主要的大豆进口国。振兴我国大豆产业的关键是提高其单产,每荚粒数是大豆产量的重要构成因素之一,但在传统育种过程中大豆的每荚粒数并没有显著提升,仅为1～4粒,远低于豇豆。从生物信息学角度剖析大豆与豇豆每荚粒数差异的原因对于提高大豆产量具有重要意义。种子由胚珠受精产生,业已表明,拟南芥胚珠形成受到生长素和细胞分裂素等植物激素的调控,其中生长素和细胞分裂素两条激素通路通过PIN1蛋白紧密联系。PIN1作为生长素的外排载体,控制着生长素的运输,在胚珠原基顶端生长素极大值区域的形成中起着至关重要的作用;细胞分裂素对胚珠形成的正向调节是通过激活PIN1的表达来完成的,但细胞分裂素受到CKX蛋白家族的降解。为剖析大豆和豇豆每荚粒数差异的分子机制,本研究在鉴定大豆和豇豆PIN1和CKX基因家族基础上,实施这两个基因家族的生物信息学分析,研究结果为提高大豆产量提供新思路。其主要结果如下:1、在拟南芥基因PIN1的同源比对鉴定的5个大豆Gm PIN1基因和3个豇豆Vu PIN1基因中,通过进化分析、Motif分析和共线性分析,确定大豆Gm PIN1a、Gm PIN1b和豇豆Vu PIN1b是胚珠原基形成生长素极大值区域起主要作用的PIN1基因;通过比较这三个基因在花中的相对表达量发现,大豆Gm PIN1a和Gm PIN1b的相对表达水平远低于豇豆的Vu PIN1b。在STRING数据库中寻找与PIN1蛋白具有实验验证的拟南芥互作蛋白,并比较这些互作蛋白的大豆和豇豆同源基因的相对表达量,大豆Gm PIN1蛋白的PID激酶和D6PK激酶基因的低表达以及其磷酸酶的调控亚基RCN1基因的高表达使Gm PIN1蛋白的磷酸化水平低于豇豆;促使边缘细胞Gm PIN1蛋白降解的UNH基因以及影响其质膜定位的MPK6基因的高表达使大豆Gm PIN1蛋白的质膜定位水平低于豇豆。由此推论,大豆和豇豆PIN1基因的相对表达量和PIN1蛋白的磷酸化水平与质膜定位水平的显著差异,影响了大豆和豇豆胚珠原基顶端生长素极大值区域的形成速率,进而影响了雌蕊胚珠数量和每荚粒数。2、在拟南芥基因CKX的同源比对和共线性分析鉴定的17个大豆CKX基因和10个豇豆CKX基因中,通过进化分析、蛋白理化性质预测、基因结构分析、Motif分析和顺式作用元件分析,获得了这些基因的特性。通过比较这27个基因在花中的相对表达量发现,大豆基因CKX5的结构域残缺且没有表达,大豆基因CKX3、CKX6和CKX7的相对表达量远高于豇豆。通过比较拟南芥CKX蛋白活性的正向调控基因ROCK1的大豆和豇豆同源基因的相对表达量和预测调控大豆和豇豆CKX基因家族的mi RNA发现,大豆基因ROCK1的高表达使CKX蛋白活性比豇豆高,更少的mi RNA使大豆CKX基因家族的表达量更高,导致更多的大豆细胞分裂素降解,进而使大豆PIN1基因的相对表达水平降低,最终导致大豆每荚粒数的减少。通过大豆Gm CKX基因家族的进化分析发现,大豆Gm CKX基因家族的扩张主要来自大豆的8～13 MYA和59 MYA的全基因组复制事件;Gm CKX3基因串联重复事件发生在59 MYA以前;Gm CKX1基因的单独片段复制发生在59 MYA以前,并演变为Gm CKX6基因。将与拟南芥CKX3同源的大豆基因命名为Gm CKX3a类基因,这类基因串联重复产生的新基因命名为Gm CKX3b类基因。通过与豇豆、菜豆、鹰嘴豆和蒺藜苜蓿的同源比对发现:CKX3的串联重复事件是豆科作物共同经历的事件;拟南芥CKX3的蒺藜苜蓿同源基因Medtr4g126150的串联重复基因Medtr4g126160为CKX3b类基因,它影响蒺藜苜蓿根的发育。结合大豆、豇豆和菜豆CKX基因家族在不同组织中的表达模式和前人研究结果发现,CKX3a类基因在花中高表达,是影响胚珠数量的关键基因;CKX3b类基因在花中不表达,部分基因在大豆和蒺藜苜蓿根中高表达,可能影响根的发育,例如Medtr4g126160,部分基因在所有组织中几乎都不表达,如豇豆和菜豆。CKX6类和CKX7类基因在花中高表达,可能与CKX3a基因有同样的功能。根据拟南芥和油菜的ckx3和ckx5多重突变体能提高每雌蕊胚珠数、角果数和产量,以及大豆CKX5结构域缺失与不表达和CKX3b功能分化,本研究推测可以通过大豆ckx3a突变体或ckx3a、ckx6和ckx7多突变体来增加每荚粒数以提高大豆单产。