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栽培大豆(Glycine max)由野大豆（Glycine soja）驯化而来。作为重要的驯化性状之一，种子大小在大豆驯化过程中明显变大，但是造成种子大小差异的原因并不清楚。本研究通过比较分析栽培大豆和野大豆在种子形态与发育过程、转录组等方面的异同，试图揭示大豆种子大小驯化的遗传变异机制。 1.栽培大豆和野大豆种子发育形态比较研究 种子发育过程的形态比较研究发现栽培大豆绥农14(SN14)种子发育到湿重最大时期以及成熟的时间均明显长于野大豆ZYD00006，发育过程体现出明显的异时性。石蜡切片结果显示SN14种子中的细胞分裂活动持续时间较野大豆ZYD00006长。进一步分析发现种子湿重最大时期SN14和ZYD00006种子细胞大小也不同，尤其是子叶远轴端和子叶中部区域，SN14的细胞明显大于ZYD00006，表明细胞分裂与细胞延伸共同决定了栽培大豆和野大豆种子大小的差异。统计分析表明细胞分裂和细胞延伸对种子大小变异的贡献率分别大约为65％和35％。SN14和ZYD00006种子发育过程的异时性及其细胞分裂和细胞膨大活动的变化规律为理解大豆种子大小驯化机制提供了重要参考。 2.Soy WRKY15a在大豆种子大小驯化中的功能研究 结合RNA-seq中差异表达基因和QTL共定位分析发现66个差异表达的转录因子位于种子大小相关的QTL位点区间内，并对其中的SoyWRKY15a及其栽培大豆中的同源基因GmWRKY15和野大豆中同源基因GsWRKY15a进行了深入研究。在大豆群体中，SoyWRKY15a的编码区序列完全一致，但是SoyWRKY15a在栽培大豆果实中的表达量显著高于野大豆。SoyWRKY15a调控区序列存在4种单倍型(H1-H4)，不同单倍型在位于5UTR区内的一个CT为核心的微卫星位点存在变异。H1是栽培大豆中唯一的单倍型，而H3是野大豆中的主要单倍型，CT为核心的微卫星位点在H1和H3中分别有6个和5个CT重复。在大豆群体中，CT重复的数目与SoyWRKY15基因的表达量变异相关，瞬间表达实验也证明改变CT重复数目可以影响报告基因的表达。H1单倍型的野大豆的百粒重显著高于其他单倍型的野大豆（H2-H4），并且野大豆中的GsWRKY15a基因表达量与百粒重呈正相关，这些证据表明在野大豆中GsWRKY15a参与调控种子大小。然而，在栽培大豆中并没有发现SoyWRKY15a与种子大小变异相关，暗示栽培大豆的种子大小对SoyWRKY15的表达变异不敏感。综上所述，SoyWRKY15a的表达和调控序列变异可以明显区分野大豆和栽培大豆，并且5UTR区CT重复数目变异影响基因表达量进而调控种子大小，表明SoyWRKY15a可能与大豆的驯化有关。 3.栽培大豆和野大豆种子转录组比较研究 转录组分析表明SN14和ZYD00006种子发育过程中的表达基因数目都在45500左右。在不同发育时期的种子中，SN14的表达基因数目均要高于ZYD00006的相应时期，但是ZYD00006的基因平均表达量较高，并且随着种子发育这些差异越来越明显，暗示两者发育后期的种子状态出现分化。随着种子发育，SN14和ZYD00006对应时期的差异表达基因数目逐渐上升。ZYD00006种子发育相邻阶段的差异表达基因数目均高于SN14，说明ZYD00006基因表达变化较快。另外，差异表达基因数目以及样品聚类分析结果显示SN14的S10和S15时期种子分别与ZYD00006的S5和S10时期种子状态较为接近。差异表达基因的GO富集分析结果显示细胞分裂活动在SN14和ZYD00006种子发育过程中的S1时期最强，随后逐渐下降，在S10后SN14种子的细胞分裂活动明显强于ZYD00006。这些结果表明SN14和ZYD00006种子发育过程中基因表达变异整体上体现为异时性。 4.豆科特异丢失基因的研究 基因丢失是基因组进化和形态变化的动力之一。植物乃至豆科内种子大小变异非常大。为了探究豆科植物基因丢失在种子大小进化中的作用，我们对大豆等6个全基因组测序的豆科蝶形花亚科物种和34个非豆科植物物种进行了基因组比较分析，结果发现34个拟南芥基因的直系同源基因在豆科植物中丢失。通过整理文献以及基于基因表达数据和蛋白互作网络等功能预测分析，发现这些豆科丢失基因似乎与种子大小变异无关，而可能与共生固氮的进化有潜在的联系。 本研究结果为解析大豆种子大小的遗传变异基础以及理解大豆驯化过程和机制提供了新的思路。