大豆蛋白质作为植物性蛋白质,在营养价值上,可与动物蛋白相媲美,是人类获取蛋白营养的主要来源之一。大豆细胞内有许多基因参与蛋白质的合成、转运、加工、降解等一系列复杂的生理过程,并且其中有些基因或转录因子对蛋白质的代谢过程起着至关重要的调节作用。国内外虽然有很多关与大豆基因功能的研究,但是针对大豆细胞内基因如何参与蛋白代谢过程的研究还比较少。因此,本研究从大豆全基因组的视角,以大豆细胞内参与21种氨基酸合成途径的基因作为线索,采用共表达分析方法筛选出大豆基因组中与这些基因共表达的基因作为目的基因;然后利用Pathway分析对这些大豆目的基因进行代谢通路注释,并利用GO分析对上述大豆目的基因的拟南芥同源基因进行功能富集分析,试图挖掘出大豆细胞内可能参与蛋白质代谢的关键基因及转录因子,为研究大豆细胞内蛋白代谢的相关基因提供理论参考。主要研究结果如下:1、通过搜索Soybase数据库,得到参与大豆21种氨基酸合成共涉及47个代谢通路的455个大豆基因。利用NCBI的GEO数据库中的大豆转录组数据集,在Phytozome V9.1中的所有大豆基因中,筛选出与10个以上的这455个大豆原始基因存在显著共表达关系(P<10-6)的5846个基因和168个转录因子。2、对筛选出的5846个大豆目的基因进行Pathway分析,以发掘除21种氨基酸合成途径以外的其他间接参与氨基酸合成的代谢途径。结果表明:Glyma02g01580等49个基因可能参与了糖酵解、柠檬酸循环及CO2固定成草酰乙酸、丙酮醛降解等代谢途径,这些代谢途径与氨基酸合成密切相关,为蛋白质的合成提供了原料。业已证实,大豆基因 Glyma09g29840、Glyma12g0778、Glyma11g04720 和 Glyma15g10070 分别参与到淀粉水解为麦芽糖、L-抗血酸的降解、柠檬酸循环和赤霉素的激活反应,为上述研究提供间接证据。3、通过对与大豆目的基因同源的2497个拟南芥基因进行GO富集分析,筛选出可能参与大豆细胞内蛋白代谢的相关基因,然后对这些大豆基因进行功能预测。推测Glyma17g31690等22个基因参与了氨基酸向核糖体的转入过程。由自由核糖体合成的蛋白质,可能在Glyma13g34080等73个基因的调控下转入到线粒体和叶绿体等细胞器中。由内质网核糖体合成的蛋白质,可能在Glyma01g22910等78个基因的作用下进一步折叠加工;可能在Glyma05g02980等20个基因的作用下,经由囊泡转移到高尔基体中;可能在Glyma14g14000等21个基因的作用下,完成蛋白糖基化过程;最后,被分泌到细胞质或胞外。与其中的41个大豆基因同源的56个拟南芥基因的功能已得到实验证实,例如,拟南芥基因AT5G05000(大豆同源基因Glyma03g00600)编码叶绿体外膜易位因子TOC34,TOC34是位于叶绿体外膜上的GTP酶受体。它可以识别前体蛋白的信号肽,保证蛋白质转运到叶绿体的过程有条不紊地进行。4、对共表达的转录因子进行注释,在168个与大豆蛋白质代谢相关的转录因子中,推测Glyma19g37910等9个可能调控蛋白质代谢的关键转录因子。例如,在拟南芥中,ABI5的过表达会抑制天冬氨酸激酶转录,进而影响酷氨酸的合成,而编码ABI5的AT2G36270与本研究获得的Glyma19g37910同源;GNC和CGA1共同作用以调节谷氨酸合成,而编码GNC和CGA1的基因AT5G56860和AT4G26150分别与本研究获得的Glyma13g00200和Glyma17g34670同源。这些结果为本研究提供间接证据。综上所述,Glyma02g01580等276个大豆基因可能参与大豆细胞内从氨基酸的合成到蛋白质的转运、加工和降解等蛋白代谢的全过程,并可能受到Glyma19g37910等9个转录因子的调节。