大豆(Glycine max)是世界范围内重要的粮油作物。磷是植物生长发育所必需的营养元素,土壤缺磷直接限制大豆产量,影响大豆品质。植物在适应低磷胁迫过程中,进化出一系列生理、生化及分子机制,以促进植物对磷的吸收或体内磷的再利用。GmG3PT3是本实验前期,从大豆抑制缩减杂交文库中筛选得到的、受低磷诱导表达的、编码糖-磷反转运子的基因。本研究以调控GmG3PT3表达的转基因大豆及过表达GmG3PT3的拟南芥为材料,研究GmG3PT3在大豆响应低磷胁迫过程中的具体功能。主要结果如下:1)遗传进化树分析发现,植物与细菌中的G3PTs相似性较低,而植物间G3PTs的相似性较高。植物的G3PTs可分成三个亚类,GmG3PT3属于其中第II亚类。多序列比对分析表明,作物间G3PTs蛋白相似性非常高,具有多个保守的氨基酸残基,暗示G3PTs在不同作物中的功能具有较高的保守性。2)利用酵母异源表达系统,进行GmG3PT3转运底物验证。结果发现,GmG3PT3能转运甘油-3-磷酸(G3P)和无机可溶磷(Pi),且对G3P的亲和力远高于Pi。3)表达模式分析发现,GmG3PT3在大豆幼苗的新叶、根及茎中受低磷诱导表达,尤其是根部诱导表达最强。在低磷根部,GmG3PT3在根毛中的相对表达量最高,根尖最低。GmG3PT3在初荚期荚壳中的表达高于籽粒,但其在籽粒中的表达随着种子的成熟而逐渐增加。4)GmG3PT3启动子驱动GUS染色分析表明,GmG3PT3在转基因拟南芥的叶片、根尖中几乎不表达,而在侧根凸起形成的过程中有较高表达,随着侧根的伸长,其表达集中在成熟区的中柱和根毛;在转基因大豆中GmG3PT3启动子的染色部位与拟南芥相似,主要在大豆根部成熟区和侧根形成过程中活动。5)过表达GmG3PT3促进转基因拟南芥根系生长,增加总根长和根毛密度。并且在低磷条件下,过表达GmG3PT3显著增加拟南芥植株的根部生物量和总磷含量。6)过表达GmG3PT3促进转基因大豆根系生长,增加根毛密度、总根长和根表面积,同时增加大豆生物量和总磷含量;干涉GmG3PT3抑制根系生长,显著降低根毛密度、总根长和根表面积,大豆生物量和总磷含量显著下降。此外,在高磷条件下,过量表达或干涉GmG3PT3能改变大豆体内可溶性磷的再分配。7)过表达GmG3PT3增加转基因大豆的单株产量,而对百粒重和油分含量影响不大;干涉GmG3PT3不仅显著降低转基因大豆的单株产量,也降低百粒重和油分含量。综上所述,GmG3PT3的表达能调控植物根系生长、体内可溶性磷的再分配、总磷含量及产量,在大豆响应低磷胁迫过程中发挥重要的作用。