大豆生育期基因E1是大豆光周期开花调控网络中的核心调控因子。本研究以生物信息学为基础,分析了E1基因及其高度同源序列基因和蛋白结构及其进化关系,并对E1、PvE1L和MtE1L等基因通过遗传转化研究基因在开花调控中的功能,揭示E1基因及其同源基因间的功能保守性或功能分化规律。主要研究结果如下:1、明确了E1基因及其高度同源序列基因、蛋白序列结构及其进化关系本研究中在豆科植物中获得了E1基因高度同源序列8条(与E1基因一并统称为E1基因家族);生物信息学分析结果表明E1基因家族基因都只含有外显子,同时其编码蛋白序列和结构相似,都含有一个双边核定位信号(NLS)和一个保守的B3远缘相关结构域(B3-like结构域)。与大部分基因的B3结构域相比,在MtE1L和LjE1L各含有1个额外的螺旋结构;CcE1L2中则含有2个额外的螺旋结构;E1基因家族进化分析结果表明,9个基因主要分为两个主要进化分枝,一枝来源于Millettioid/Phaseoloid的E1、E1La、E1Lb、PvE1L、CcE1L1和CcE1L2,另一枝为来源于Hologalegina的LjE1L、MtE1L和CaE1L;共线性分析以及基因进化时间估算结果显示,除大豆中E1La和E1Lb外,与E1基因亲缘关系最近的是PvE1L基因,同时,E1和E1La/E1Lb间的分化源于大豆第二次全基因组复制后。2、明确了E1、PvE1L和MtE1L基因在豆科作物中的基因功能本研究中分别克隆了E1、PvE1L和MtE1L基因并构建了植物表达载体,以e1-as基因型大豆栽培品种东农50为遗传转化受体,通过根癌农杆菌介导大豆子叶节方法将目的基因整合到大豆基因组中并成功表达。开花期及重要农艺性状表型调查结果显示,E1基因和PvE1L基因转基因大豆株系不论在长日照或短日照条件下表型相似,与野生型相比其开花时间更晚,同时株高更高并且节数更多,但其平均节间距则与野生型株系无显著差异;但是,MtE1L基因转基因株系其花期及重要农艺性状则与以上转基因株系存在显著差异,其花期与野生型株系无显著差异,然而,不论在长日照还是短日照条件下,其株高较之野生型更矮,并且节数、节间距也更少、更短。除此之外,在蒺藜苜蓿中的表达分析结果显示,MtE1L基因在长日照条件下表达水平更高;并特异表达于叶片中,尤以完全展开三出复叶最高;其表达模式以24h为一周期,在一个周期内呈现明显的双峰型,分别在ZT4和ZT16时表达水平达到最高。结果表明MtE1L基因表达受光周期影响。mte1l蒺藜苜蓿突变体分析进一步发现,当MtE1L基因失去功能后,mte1l突变株系表现为晚花表型。以上结果表明MtE1L基因在蒺藜苜蓿中作为开花促进因子参与其光周期开花调控,这与E1基因在大豆开花调控中的功能相反。综上所述,PvE1L基因为E1基因的直系同源基因(Ortholog),并且E1和PvE1L在开花调控上功能可能是保守的,但是MtE1L基因与之相较其开花调控模式不同。3、大豆E1基因调控开花功能为豆科植物所特有通过序列比对,在除豆科植物外的其他植物中均为检索到大豆E1基因的同源序列;本研究以拟南芥哥伦比亚生态型(Col-0)和水稻栽培品种龙粳11为试验材料,分别通过花序浸蘸法和水稻农杆菌介导法对拟南芥和水稻进行遗传转化。对野生型株系和转基因株系花期的调查结果及拟南芥CO、FT和水稻Hd1、Hd3a基因表达水平的检测结果显示,在长日照条件下,野生型拟南芥、空植物表达载体转基因株系和E1超表达转基因株系其花期以及莲座叶数均没有显著差异,同时,拟南芥光周期开花调控网络中核心基因CO和FT的表达水平在不同株系中也无显著差异;在短日照条件下,野生型水稻和E1超表达转基因株系其始穗期也无显著差异。与拟南芥表达结果相一致的是,水稻光周期调控网络核心基因Hd1和Hd3a的表达水平也无显著差异。综合以上结果,作为大豆光周期开花调控分子机制中核心调控因子的E1基因在长日照模式植物拟南芥和短日照单子叶植物水稻中异源表达均不能影响其开花调控,预示着大豆E1基因的开花调控功能需要大豆或近缘种的遗传基础。综上所述,本研究明确了E1基因家族各成员之间在进化中的关系;明确了E1基因开花调控需要大豆或近缘种的遗传基础;也进一步明确了PvE1L基因是E1基因的直系同源基因并且PvE1L基因可能与E1基因一样,能够作为开花抑制因子参与开花调控,然而MtE1L作为开花促进因子参与蒺藜苜蓿的开花调控。预示着E1基因家族各基因成员的开花调控功能与种系密切相关,这为豆科植物的光周期开花调控分子机制的研究提供了重要的理论依据和研究方向。