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摘要植物基因组中大部分基因以基因家族形式存在，这些基因家族的形成及功能分化的机制一直是进化生物学所关注的核心问题之一。糖苷水解酶家族1(Glycoside hydrolase family1，GH1)在植物中广泛分布，在植物生长发育过程中发挥重要作用，比如寡聚糖的回收、对胁迫的响应、控制植物激素的水平和木质素合成等。在本论文中，我们以林木模式植物杨树(毛果杨，Populus trichocarpa)为材料，在基因组和蛋白质功能层面上研究GH1基因家族的功能进化机制，获得如下结果:<br>　　1、本论文从毛果杨中鉴定得到39个GH1全长基因和10个GH1基因片段，这些基因在染色体上不是随机分布，在第1号和4号染色体上分布着4个基因簇，因此串联重复是GH1基因家族扩张的主要模式。<br>　　2、不同组织部位的表达模式分析发现，毛果杨GH1基因家族不同成员的表达模式存在分化。基因结构分析发现毛果杨GH1基因一共有7种不同的基因结构，其中14个外显子/13个内含子的基因结构是毛果杨特有的。而在毛果杨GH1基因家族进化过程中，内含子的丢失比内含子的获得可能更常发生。<br>　　3、为了研究亚细胞定位对重复基因保留的意义，本论文构建了16个GH1蛋白的亚细胞定位载体。烟草瞬时表达结果发现，有10个蛋白定位到细胞壁，4个蛋白定位到细胞核，2个蛋白定位到细胞核和细胞质中。进一步的研究发现，PtBGlu7的最后一个外显子决定了其蛋白的细胞核定位。<br>　　4、为了揭示GH1基因家族所编码蛋白的糖基、键型和苷元的特异性，本论文测定了22个GH1蛋白对11种人工底物和15种天然底物的酶学活性。人工底物的活性测定结果发现GH1蛋白对α-糖苷和阿拉伯糖糖苷的水解活性很低或没有活性，表现出一定的键型和糖基的特异性。本论文基于15个底物中活性最高的一个底物是这个蛋白的首选底物这一规则，对所有具有活性的18个蛋白的首选底物的分析发现，PtBGlu7，19，23，25，26，27，28，30和31这九个蛋白的首选底物是东莨菪苷(Scopolin)，其活性范围在0.27～6.00mM/min/mg之间，这说明不同的蛋白对其首选底物的催化活性也有很大差异。PtBGlu3，9，20和37这四个蛋白的首选底物是水杨苷(Salicin)，其活性范围在0.58～7.06mM/min/mg之间，而PtBGlu1和PtBGlu17的首选底物是松柏苷（Coniferin），其活性分别是4.07和0.95mM/min/mg。PtBGlu12，PtBGlu32和PtBGlu35这三个蛋白的首选底物分别是七叶苷(Esculin)，吲哚β-D-葡萄糖苷(Indoxylβ-D-glucoside)和纤维二糖(Cellobiose)。由此可见，毛果杨糖苷水解酶家族1的生化功能存在分化。<br>　　5、为了探讨基因重复后功能的分化机制，我们重建了PtBGlu1，PtBGlu16，PtBGlu17，PtBGlu18，PtBGlu22和PtBGlu28的最近共同祖先蛋白(MRCA)。然后对MRCA蛋白进行酶学功能分析，发现后代蛋白分别承担了祖先蛋白MRCA的部分底物活性;PtBGlu1对水杨苷和吲哚β-D-葡萄糖苷的活性明显低于MRCA，而对松柏苷，七叶苷和大豆苷(Daidzin)的活性却显著高于MRCA(P＜0.05)，这说明亚功能化对重复基因的保留发挥着重要作用。<br>　　综合系统发育关系、基因结构、表达模式、亚细胞定位、酶学活性、定点突变以及构建最近共同祖先等结果，本论文系统性地阐述了毛果杨GH1基因家族功能分化模式和机制，揭示了蛋白亚功能化和亚细胞定位的分化是重复基因保留的重要机制，为理解大型基因家族的进化机制提供了新的视角。