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大豆是人类植物性蛋白和油的主要来源。大豆根系是水、营养物质的主要吸收器官,同时在抵抗各种胁迫中扮演关键角色,对其适应性和产量有深刻的影响。侧根是大豆根系中最关键的组成,对根系分布和功能至关重要。研究侧根发生、形成和生长的分子机理,从而实现通过优化根构型,提高大豆适应能力和产量。本实验以华夏3号及其经γ射线诱变产生短侧根突变体Lrs-1为材料,首先对Lrs-1根系性状分析,然后通过遗传分析、全基因组测序和构建根系表达谱,揭示了短侧根突变体的分子机制。主要研究结果如下:1.Lrs-1是侧根发育突变体。水培条件下Lrs-1的总根长显著地短于野生型华夏3号;Lrs-1最大侧根长是华夏3号的一半;Lrs-1与华夏3号间主根长度、侧根数、侧根密度和根系平均直径则无显著差异。表明Lrs-1是一个侧根发育的突变体。2.Lrs-1的短侧根性状是单基因隐性突变的结果。利用Lrs-1与华夏3号杂交,产生了53株的F2分离群体,F2群体的最大侧根长度出现分离,依据最大侧根长度分组,其中长侧根个体41株,短侧根个体共12株,符合3:1比例。进一步利用21株F2植株衍生的F2:3群体验证其遗传特性,4株F2时表现短侧根植株的F2:3群体侧根均表现短侧根未分离,17个F2表现长侧根的植株衍生的F2:3群体中9株出现侧根分离,其中289株表现长侧根,99株表现短侧根,分离比例符合3:1。遗传分析表明,Lrs-1短侧根突变是单基因隐性突变。3.Lrs-1全基因组范围变异的检测。与华夏3号相比,Lrs-1中共检测到了10886个SNP,其中有8906个SNP处于基因间区,占总数的81.81%;内含子区域有1193个,占总数的10.96%;CDS有538个,占总数的4.94%。非同义突变共有316个,占CDS区SNP数量的58.74%。Lrs-1中检测到3042个In Del。其中基因间区有2339个,占总数的76.89%;内含子区域有506个,占总数的16.63%;CDS区有65个,占总数的2.14%。移码突变共33个,占CDS区域In Del数量的50.77%。Lrs-1中SNP和In Del在染色体分布表现明显不均,第1染色体和第16染色体上数量远多于其他染色体,其中第1染色体上检测到3305个SNP和918个In Del,第16染色体上共检测到6475个SNP和758个In Del;SNP和In Del在染色体上聚集分布,其中第1染色体上主要富集在染色体末端5500万bp碱基左右,而第16染色体上主要富集在2500万bp碱基处左右。4.Lrs-1根系表达谱的分析。将Lrs-1与华夏3号根系分成侧根生长区和无侧根区,分别在育苗后3、4、5、7、11天取样进行了表达谱分析。比较Lrs-1与华夏3号侧根生长区,育苗以后第3天,检测到相对高/低表达基因分别为1927和1278个;第4天,检测到了1243和1949个;第5天,检测到了2319和1960个;第7天,检测到了1737和2563个;第11天,检测到了2040和2101个。比较发现12个基因在所有检测时间点表达均有差异,其中两个在大豆基因组中尚无注释的新基因。12个差异基因中,4个基因（Glyma.06G324100,Glyma.07G134900,XLOC013251,XLOC032034）只在Lrs-1中表达,3个基因（Glyma.02G001400,Glyma.04G001600,Glyma.10G112000）在Lrs-1中表达量高于华夏3号,1个基因（Glyma.12G168900）在Lrs-1中表达量低于华夏3号。分析不同取样点差异表达发现,涉及生长素代谢、细胞分裂素代谢、细胞周期类、细胞壁构建、受体蛋白激酶和碱性亮氨酸拉链蛋白相关的基因,在突变体与华夏3号侧根生长区不同时间段出现差异表达。这些基因参与调控细胞分裂、细胞伸长等过程,可能是与突变体短侧根性状有关,需进一步验证。