大豆蛋白质和脂质含量丰富、品质优良,其营养和经济价值均十分可观。氮养分在大豆生命周期中必不可少。大豆植株既可利用氮肥和土壤氮,又可利用生物固氮固定的大气无机氮。然而氮肥利用成本高,对自然界存在潜在危险。而生物固氮没有该缺点且利用率高,利于现代农业可持续科学发展,利用其提高大豆产量十分可行。为研究大豆结瘤固氮并提高大豆的结瘤固氮能力,首先要筛选出在该过程发挥重要功能的关键基因。本研究为大豆分子育种提供研究的候选靶标位点、获取优良的大豆品种,有着重要的经济价值。对比之下,苜蓿和百脉根是豆科植物中结瘤固氮功能分析比较深入的重要模式生物。本文拟对苜蓿、百脉根、大豆在结瘤固氮过程中发挥重要作用的基因根据发布文献进行功能注释(找出迄今已知参与结瘤固氮过程的重要基因)。文献注释在苜蓿、大豆、百脉根中分别找到91、91和100个参与结瘤固氮过程的基因。对苜蓿、百脉根和大豆进行全基因组同源分析发现,在21740组同源组中,149组包含至少1个已知的结瘤固氮基因。同源分析发现773个大豆基因具有结瘤固氮功能的苜蓿或百脉根以及大豆自身结瘤固氮基因的同源基因,表明它们具有潜在的结瘤固氮功能。这些基因和大豆已知结瘤固氮功能基因构成大豆“全结瘤固氮基因组”,共有854个基因。这些候选基因一部分是单一基因,但大多数基因都存在大豆特异性基因扩增现象,显示这些基因的功能可能具有分化特性,或者它们参与的功能在不同物种中具有差异。为评估候选基因的功能和参与的代谢通路,本文对其进行富集分析。大多数基因都存在功能富集,在生物学过程中包含响应刺激、代谢、转运、生物合成、防御反应、蛋白质磷酸化等过程;在细胞组分中包含质膜组分、跨高尔基网运输小泡膜、网格蛋白囊泡外壳、囊泡、胞外基质等与膜相关的组分;在分子功能中与钙调蛋白激酶、离子通道、生物合成、跨膜转运、结合等活性相关。共富集13种代谢通路,其中类黄酮合成、氮代谢和植物与病原菌互作通路(该通路包含最多基因)尤其值得关注。在大豆威廉82数据表达分析中发现23个候选基因存在差异表达现象。在接种根瘤菌数据表达分析中发现18个候选基因存在差异表达现象。在大豆天龙一号分析中也有候选基因存在差异表达现象。这些差异表达的候选基因很有可能在结瘤固氮过程发挥重要的功能,为研究大豆结瘤固氮具有重要意义,同时也为分子育种提供研究的候选靶标基因。