不良的耕作方式和越来越严重的酸雨现象,使酸性土壤的酸化程度和面积在不断加剧和扩大。在酸性土壤上,限制植物生长发育的主要因素之一为铝(Aluminum, Al)的毒害。Al毒主要抑制植物的根系生长,从而影响水分及养分吸收,最终影响植物生长和发育。不同植物种类间以及同一植物的不同基因型间的耐Al性存在很大差异,并且抗Al特性是可遗传性状。利用生物技术手段改良和提高植物耐Al性,培育出适应酸性Al毒土壤的植物品种或基因型,是解决Al毒害问题的经济有效的方法,其前提是明确植物耐Al毒的生理生化及分子机理。从目前世界范围对植物耐Al机制的研究成果看,从生理角度对植物耐Al机制的研究较为透彻,而关于植物耐Al的分子机制研究仍处于起步阶段。利用基因芯片技术研究Al胁迫大豆基因差异表达,从而得到Al胁迫植物基因表达变化的模型,从整体上研究Al胁迫大豆基因的表达变化对分子水平上阐明植物耐Al机制有重要的意义。本研究用Affymetrix大豆全基因组表达谱芯片对Al胁迫大豆根尖与正常培养大豆根尖的基因表达变化进行了分析,获得了完整的Al胁迫大豆根尖差异表达基因数据库。经单因子方差分析(p<0.05),Al胁迫大豆根尖与正常培养大豆根尖基因表达相比,转录水平表达差异2倍以上的基因共639个,其中上调表达基因561个,下调表达基因78个。参考NCBI数据库和Affymetrix Ontology数据库对639个差异表达的基因按照生物学功能分类,发现只有334个基因(52.2 %)有明确的功能注释,305(47.8%)个基因是尚未鉴定的。这334个基因可以分为9个生物学功能组:细胞壁相关基因(5.9%)、激素与信号转导(3.4%)、激酶与磷酸化(6.3%)、初生与次生物质代谢(5.6%)、氧化胁迫(7.2%)、防御反应(7.1%)、转录因子(9.2%)、转运体(4.2%)和蛋白质代谢(3.3%)。利用实时荧光定量PCR方法验证了芯片数据的可靠性。利用实时荧光定量PCR方法分析了Al胁迫下GmFDR3、GmABC、GmSTOP1、GmRNF12和GmWRKY57基因在耐Al基因型大豆吉育70和Al敏感基因型吉育62中的转录水平表达变化。GmFDR3、GmABC、GmRNF12、GmWRKY57在大豆两个品种中不同程度的受Al诱导表达,而GmSTOP1不受Al诱导表达。而GmSTOP1基因在大豆两个品种的表达量差异不明显。通过RT-PCR方法从大豆根尖中克隆到GmRNF12和GmFDR3基因的cDNA全长。GmRNF12编码一个由236个氨基酸残基组成的锌指蛋白家族成员。GmFDR3编码一个由589个氨基酸残基组成的MATE家族蛋白,具有典型的跨膜结构域,进化树分析表明GmFDR3与白羽扇豆LaFDR3的亲缘关系最近。GmRNF12基因的表达受干旱、高盐、低温、SA及ABA的诱导。GmFDR3受SA诱导表达。在Al胁迫下,GmRNF12和GmFDR3基因在大豆根、茎、叶中均有表达,表达量的高低顺序为:根>叶>茎。构建了GmRNF12和GmFDR3两个基因的超表达载体,以农杆菌介导法转化拟南芥,经除草剂Basta筛选得到T1代转基因拟南芥。对转GmRNF12基因T3代拟南芥进行Al胁迫、低温、高盐胁迫处理,对转GmFDR3基因T3代拟南芥进行Al处理,初步结果表明:与野生型拟南芥相比,转GmRNF12拟南芥提高了抗低温、耐盐能力,转GmRNF12和转GmFDR3基因拟南芥耐Al性明显提高。