嗅觉是脊椎动物中最古老的感觉之一,对于哺乳动物的生存来说至关重要,经常被用来寻找食物,躲避天敌、选择伴侣、信息交流以及领土标记等。环境中的挥发性气味分子主要由在鼻腔内的嗅觉上皮中表达的嗅觉受体（Olfactory receptor,OR）识别。OR是典型的G蛋白偶联受体,具有7次保守的跨膜螺旋结构。前人对OR功能的研究主要通过实验表达OR蛋白研究其功能,这种体外实验方法虽然提供了直接证据但却非常耗费时间,随着需要研究的OR的数量越来越多,细胞实验的方法已经无法满足需要。在这里,我们采用计算生物学模拟蛋白三维结构并进行虚拟分子对接的策略大批量预测OR的结构与功能,这种方法可以极大地提高效率并节省成本。蝙蝠是一种特殊的哺乳动物,在很短的时间完成了辐射进化,不仅能够自主飞行,还掌握了回声定位能力,是维持生态系统的稳定和多样性不可缺少的一环。但是蝙蝠从陆生祖先转变为具有飞行能力占据天空生态位的哺乳动物,其嗅觉能力是否发生显著性变化还是未知的。在这里我们将计算生物学与生物信息学结合起来,简化OR与气味分子结合理论模型,通过蛋白结构建模的方法对蝙蝠OR的功能进行预测:首先,通过NCBI下载高质量三代测序蝙蝠基因组,使用同源注释的方法鉴别了6种蝙蝠基因组以及外群的OR蛋白序列;然后根据系统发育关系建立了OR蛋白质家族的直系同源基因群,并重建了所有祖先节点的OR蛋白序列,模建所有OR蛋白的三维空间结构,并进行分子动力学结构优化;最后将OR蛋白与气味库的小分子进行虚拟对接,根据对接结果推断OR蛋白的功能,并分析蝙蝠OR功能进化与物种演化过程之间的相关性。本论文以蝙蝠系统发育关系为主线,以评估嗅觉受体与气味分子的结合能力为切入点,对蝙蝠嗅觉功能变化进行了较为系统地阐述,获得的主要结论如下:1)我们发现翼手目祖先起源的过程中OR基因数量剧烈收缩,并且OR蛋白对芳香烃类和酯类气味的结合能力显著下降;2)翼手目内部进化过程中宽谱OR的嗅觉功能不断减弱,中间谱OR的嗅觉具有物种特异性增强,并从嗅觉功能与生态环境适应性进化的角度解释了现生蝙蝠中不同谱系嗅觉受体强弱关系;3)通过对窄谱OR功能的分析,推测食果蝙蝠比非食果蝙蝠对酯类物质的气味更加敏感;4)我们结果表明嗅觉与回声定位能力没有单独的感官代偿现象。本论文为研究蝙蝠OR蛋白的功能提供新的思路和方法,为解决嗅觉与气味的复杂的匹配机制提供了新的切入点以及数据支持,并为靶蛋白功能预测和药物研发研究提供技术储备和设计策略。除此之外,本研究也为探究蝙蝠的生理学、系统进化、遗传多样性以及野生动物保护等方面的研究提供了帮助。