哺乳动物基因的表达模式同其分子结构特征之间的关联以及这些结构特征的进化规律是生物学中基本问题,但这些问题仍有待深入研究。发育进程被认为对于探索进化机制至关重要,而哺乳动物的干细胞分化系统,包括干细胞,祖细胞和其分化产物,也提供了一个描述哺乳动物发育进程的理想模型。因此,本文以小鼠干细胞分化模型中与发育阶段相关的基因表达模式为基础,试图建立哺乳动物基因的表达模式与其分子结构特征之间的关联。在不同的细胞类型中,我们建立了基因表达量同密码子使用偏好的关联。我们发现,处于不同发育阶段的细胞,其优化密码子可能会有所不同。在小鼠基因中,GC结尾密码子的使用在整体上占据优势;但我们却在相当多种类的处于早期发育阶段的干细胞和祖细胞中,发现优化密码子以AT结尾。我们还发现,在不同发育阶段中富集表达（发育阶段关键基因）或特异性表达（发育阶段特异性基因）的基因,也可能具有不同的密码子使用模式。而且,对于同一个发育阶段,特异性表达的基因与富集表达的基因相比,往往使用更多的以GC结尾的同义密码子。进一步的分析暗示,上述与发育阶段相关的密码子偏好模式,特别是以AT结尾的优化密码子在很大程度上与翻译选择模型的预言相一致。在哺乳动物中,基因的密码子偏好（GC3）与基因所在基因组区域的GC含量（GCg）密切相关。我们的结果表明,小鼠基因所在基因组区域的GCg也同其发育阶段相关。进一步,我们还分析了小鼠发育阶段相关基因在基因组上分布和排列的规律。我们发现,发育阶段相关基因在各个染色体上的分布并不均匀,这可能意味着各个染色体对分化进程的贡献各异。我们还发现,很多与发育阶段密切相关的基因在染色体上呈现成簇分布的状态,并且,簇内基因与簇外基因相比,偏好于使用更多以GC结尾的同义密码子。我们接下来通过比较基因组学的方法研究了发育阶段相关基因在起源和进化上的初步规律。首先,我们的结果表明,高表达基因的进化速率要低于中—低表达基因的进化速率,这暗示在人—小鼠以及大鼠—小鼠分歧后对高表达基因的负选择仍然有效。与之相反,对于那些在某个发育阶段中选择性表达的发育阶段关键基因或发育阶段特异性基因,其进化速率往往显著高于那些表达模式不随发育阶段变化的基因。较高的进化速率暗示这些基因在人—小鼠以及大鼠—小鼠分歧后可能受到了不同的功能性制约。其次,我们发现,热血动物的直系同源基因间具有比较相似的密码子偏好模式,这暗示了小鼠的密码子使用偏好在热血动物共同祖先出现时已基本固定。最后,我们还发现,高表达基因与中—低表达基因相比,以及表达模式不随发育阶段变化的基因同在某个发育阶段中选择性表达的发育阶段关键基因或发育阶段特异性基因相比,通常能够在果蝇基因组中找到更多的直系同源基因。我们的结果表明,小鼠基因的表达模式和分子特征均与其古老程度相关。上述分析依赖于已发表的小鼠干细胞及其分化产物的高通量表达数据;而且,这些数据中仅包括来自外胚层和中胚层的前体细胞。我们接下来要探索,在内胚层的分化路径中,小鼠基因的密码子偏好,基因组GC含量,基因分布和基因年龄是否仍同与发育阶段相关的基因表达模式有关。我们在小鼠成体胰腺的体外培养体系中鉴定了一群具有增殖和多向分化能力的前体细胞,并发现这群细胞分布于胰岛中和导管周边。我们进一步分析了该群前体细胞和胰腺成熟内分泌细胞（胰岛）的基因表达谱,发现在胰腺前体细胞和胰岛细胞组成的分化模型中,基因分子特征,基因组特征和起源进化的相关规律也在相当的程度上与其所处的发育阶段有关,且基本规律与我们在外胚层和中胚层中观察到的相同或相近。在本文中,我们应用干细胞分化模型,为研究哺乳动物分子进化中的一些关键问题提供了有价值的线索。例如,我们发现了哺乳动物密码子偏好使用的新规律,提出了支持自然选择作用于哺乳动物同义位点的新证据。此外,我们的研究结果对于理解哺乳动物基因的进化历程和哺乳动物基因组GC含量的潜在生物学意义都提供了新的途径。这项研究将分子进化的理论分析引入干细胞领域,对于从结构特征的角度,在基因组尺度上理解干细胞的标志性分子和分化机理也具有一定的意义。我们的结果显示,干细胞和成熟细胞差异表达的基因在分子结构特征上存在差异;并且,在干细胞分化进程中经历结构变化的染色质片段,也可能与这些片段的GC含量有关。我们的这些结果,其深入意义还有待于进一步的研究和开掘。