蝎具有4亿多年的进化史。为了不断地适应生存环境的变化,蝎进化产生了一种特定的毒腺器官。毒腺分泌的毒液富含生物活性组分,主要用于捕获猎物和防御其它动物的攻击。研究结果表明,不同蝎种毒液的毒素组成存在着巨大的差异。在我国,蝎毒素的药用功能早在2000多年前就已经被发现。现代科学研究初步揭示了蝎毒素的药学机理,一些毒素分子作为候选新药相继被发现并处于临床前和临床试验,从而显示了蝎毒素是一个创新药物的源泉。为了较系统地分析不同蝎种毒液组成的差异及其与蝎生存的相关性,同时也为了给现代生物药物研发提供一个创新药物资源,本论文对3个蝎科的4个蝎种进行了毒腺组织转录组学分析,并在此基础上对蝎毒素的多样性机制和进化进行了探讨。首先,本论文构建了细尖狼蝎(Lychas mucronatus)、斑等蝎(Isometrus maculates)、亚洲雨林蝎(Heterometrus spinifer)以及西藏琵蝎(Scorpiops tibetanus)的毒腺组织cDNA文库。通过转录组学分析,分离和鉴定了246个新的蝎毒素基因。这些毒素分为21个类型,包括钠毒素、脂类分解激活肽、а-钾毒素、β-钾毒素、scorpine类似肽、K-钾毒素、钙毒素、scamp(small cationtic antimicrobial peptides)、细胞毒性肽、ponericin类似肽、lcamp(long cationic antimicrobial peptides)、BmKbpp类似肽、溶菌酶、酸性肽、磷脂酶A2、Lal类似肽、脯氨酸富集肽、tibetanin、8C-toxin、唾液蛋白以及丝氨酸蛋白酶。其中脯氨酸富集肽、tibetanin、8C-toxin和唾液蛋白为4类新型蝎毒素。该研究结果充分反映了蝎毒素的分子多样性。其次,本论文从两个层面上探讨了蝎毒素分子多样性的机制。将本研究中得到的2个兴奋型昆虫p-钠毒素与已报道的7个兴奋型昆虫p-钠毒素的基因进行密码子比对,然后用最大似然法进行适应性进化的检测。结果显示,在9个兴奋型昆虫β-钠毒素共有的64个密码子中,11个密码子位点存在显著的正向选择现象。该结果表明,基因复制之后的适应性进化是蝎毒素分子多样性的遗传机制之一。另外,本论文发现LmTxLP11和LmVP1.1两个毒素的转录本具有完全一致的5’区域和完全不同的3’区域。运用PCR的方法,分子克隆和鉴定了LmTxLP11和LmVP1.1两个毒素的编码基因。生物信息学分析表明,LmTxLP11和LmVP1.1是由同一个基因编码并通过选择性拼接而产生的两个毒素转录本。该结果表明,选择性拼接是蝎毒素分子多样性的遗传机制之一。最后,基于细尖狼蝎、斑等蝎、亚洲雨林蝎以及西藏琵蝎的毒素表达谱数据,进行了蝎毒素的分子进化分析,初步推断了蝎毒素的进化过程：在Buthidae与其它蝎科分化之前,蝎毒液中已经含有а-钾毒素、β-钾毒素、磷脂酶A2、Lal类似肽、唾液蛋白、丝氨酸蛋白酶和酸性肽等7类毒素；在Caraboctonidae与Scorpionidae、Liochelidae、Euscorpiidae和Chactidae分化之前,scorpine类似肽和lcamp已存在于蝎毒液中；在Scorpionidae与Liochelidae分化之前,к-钾毒素已经招募到蝎毒液中。综上所述,246个不同的蝎毒素基因的分离和鉴定,将现有蝎毒素基因的数目提高了40%,不仅揭示了蝎毒素的分子多样性和不同蝎种的毒素分子差异性,而且为创新药物设计与研发提供了众多候选分子。本论文发现的基因复制后的适应性进化和选择性拼接,分别在DNA水平和RNA水平上进一步阐明了蝎毒素分子多样性的遗传机制。此外,蝎毒素分子进化研究表明蝎毒液是一个不断进化的动态系统,从而有助于揭开蝎4亿年进化保守的“秘密”。