大豆是中国的原生作物,同时也是世界上重要的经济作物,每年可以为人类供应占油料作物总产量近60%的植物油,并且还是人类植食性蛋白的主要来源。中国是世界第一大豆消费国,近些年年平均消费量在1亿吨以上,约占全球大豆总消费量的三分之一。然而,受制于有限的人均耕地面积和单位面积产量,我国每年的大豆总产量还不到2000万吨,十分依赖于进口大豆。因此,将现代生物技术与传统育种相结合,培育稳定高产、品质优良、具有自主知识产权的大豆新品种显得尤为重要。氮素是限制作物产量的主要因素,高等植物从外界吸收的氮素主要在体内经过同化作用合成氨基酸,进一步由氨基酸转运蛋白运输分配至各个组织器官供其使用。在拟南芥和水稻中已经发现氨基酸转运蛋白可以参与植物生长发育、影响种子大小和产量,但是大豆中目前鲜有报道。本研究通过生物信息学手段分析了一类主要在生殖器官中表达的大豆氨基酸转运蛋白UmamiTs,最终克隆得到了仅在种子大量表达的GmUmamiT25基因。然后将该基因构建至植物表达载体和酵母表达载体,通过遗传转化、亚细胞定位分析、转基因植物表型分析、底物转运实验、氨基酸摄取实验等对其生物学功能进行了深入研究,主要结果如下:1.以高蛋白大豆品种浙春三号的c DNA为模板克隆得到CDS全长共1104 bp的GmUmamiT25基因,对其组织表达模式和亚细胞定位的分析显示该基因是细胞膜定位,主要在种子发育的灌浆期大量表达;2.将GmUmamiT25基因在拟南芥中过表达,分析比较过表达拟南芥和野生型的表型,发现过表达拟南芥的种子显著变大、蛋白质含量和单株产量增加。进一步分析调控种子大小和氮素转运、储存代谢相关基因的表达情况,发现过表达拟南芥中多个种子大小正调控基因和氮素转运、储存代谢相关基因的表达被上调;3.在酵母中表达GmUmamiT25基因,通过酵母分泌实验发现转基因酵母向培养基中分泌了更多的Ala、Gly、Cln和Val等14种氨基酸,表明大豆UmamiT25是一个具有广泛运输底物的输出型氨基酸转运蛋白;4.在1/2 MS培养基中添加不同种类氨基酸处理拟南芥幼苗,我们发现过表达拟南芥都比野生型生长的更好,表明GmUmamiT25可以将细胞内积累的过量氨基酸输出到细胞外,从而减轻了氨基酸过量对植物产生的毒害作用,证明其在植物中也具有输出多种氨基酸的能力;5.测定开花后12天的拟南芥角果氨基酸含量,结果显示GmUmamiT25转基因拟南芥比野生型显著增加,但是开花后8天的角果皮中的氨基酸含量却显著减少,表明GmUmamiT25参与了角果皮向种子的氨基酸输送过程;6.对开花后12天的角果进行转录组测序,分析发现过表达拟南芥与野生型相比共有3513个差异表达基因,其中2312个基因表达上调,1201个基因表达下调。GO富集分析和KEGG通路注释显示差异表达基因多数在植物不同代谢过程中富集,它们主要的分子功能可能是具有催化活性的酶和结合蛋白。综上所述,本研究克隆了在大豆种子中高度表达的基因GmUmamiT25,并在酵母和植物中证明了其编码的蛋白是一个定位于质膜的输出型氨基酸转运蛋白,可以介导多种氨基酸的转运。同时,该基因在拟南芥中的过量表达可以显著使种子变大,增加蛋白质含量和单株产量。这为大豆氨基酸转运蛋白的后续研究提供了理论参考,也为培育稳定高产、品质优良、具有自主知识产权的大豆新品种提供了新的思路。