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促分裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated protein kinases, MAP激酶，MAPK）级联途径是真核生物信号传递网络中的重要途径之一。该途径由3类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶MAPKKK-MAPKK-MAPK家族组成，它们通过依次磷酸化将上游信号传递至下游应答分子。这些蛋白质参与了细胞生长、增殖、分化、生存、发育和抵御低温、高热、氧化胁迫、紫外辐射、干旱及病原菌侵害等多种信号转导过程。过去已经对模式植物拟南芥和水稻的MAPK、MAPKK基因家族的成员进行了系统的研究，然而对禾本科新型模式植物二穗短柄草这两个家族成员的系统研究还未见报道。二穗短柄草为一年生杂草，基因组小（272Mbp）、生长条件要求简单、植株矮小、生活周期短、自花授粉、易于培养和转化。近年来，随着二穗短柄草（Bd21）测序工作的完成，为其进行全基因组分析MAPK级联途径的家族成员提供了可能。本研究根据植物MAPK和MAPKK基因的保守性从二穗短柄草中分离了16个MAPK和12个MAPKK基因。对这两个基因家族成员的命名、分类、系统进化、蛋白保守基序、染色体分布、基因复制、基因结构、启动子区、与水稻和拟南芥直系同源基因的同线性、表达模式以及这两基因家族蛋白之间的相互作用进行了系统分析。其主要研究结果如下：1）通过同源比对和HMMER搜索，从二穗短柄草中鉴定了16个MAPK和12个MAPKK基因。多序列比对、进化和保守基序分析结果表明，二穗短柄草与拟南芥、水稻的MAPK基因家族的分类相似，也分为A，B，C，D四组。其中有6个成员含有TEY基序，9个成员含有TDY基序，一个成员含有MEY基序。二穗短柄草的MAPKK基因家族的成员也分为四组，其中有一组成员较多（5个），而其它组的成员数量相对比较均一。2）染色体定位分析结果显示：这两个基因家族在染色体上的分布不是随机的，而是在某个染色体或者染色体某个片段上分布密度较高。基因复制事件分析结果表明，串联重复和片段重复复制对于二穗短柄草MAPK和MAPKK基因家族成员的扩增起着重要的作用。二穗短柄草、水稻和拟南芥同线性分析结果显示：二穗短柄草中50%的MAPK和42%的MAPKK基因与水稻的中的直系同源基因存在同线性，而只有一个MAPK基因与拟南芥中的直系同源基因存在着同线性；这与我们所了解的植物进化史相一致。3）内含子外显子结构分析结果表明：MAPK基因家族所有成员均含有内含子，数目在3到11之间变化。而58.3%的MAPKK基因家族成员没有内含子，其余的MAPKK家族成员内含子数目平均为8.8个。亲缘关系较近的家族成员具有非常相似的内含子和外显子结构组成。另外我们还分析了这两个家族基因启动子区与植物抗逆、抗病有关的四个调控元件：WBOX，CBF，DRE和GCC，结果表明：这两个家族的所有成员均含有WBOX。在这四个调控元件中，每个成员含有WBOX数目最多，DRE最少。然而这四个调控元件在每个基因启动子区的排列组合和它所对应的EST数目的多少没有明显的相关性。4）将6个MAPK和4个MAPKK基因（5个蛋白，选择性剪接）分别克隆到对应的酵母双杂载体上用于研究它们之间的相互作用。结果表明一个MAPK可以与多个MAPKK之间有相互作用，反之亦然。这种MAPK-MAPKK之间的交叉相互作用反映出MAPK信号转导途径的多样性。5）利用RT-PCR和现有的芯片数据库，比较分析了二穗短柄草、水稻、拟南芥的MAPK和MAPKK基因在各个组织、非生物胁迫环境下的表达模式，以及水稻与二穗短柄草中的这两个基因家族直系同源基因或者旁系同源基因对在不同光照条件下表达模式。结果表明：每个基因的表达模式与其特有的功能有关，而与其对应的EST数目的多少以及其它同源基因序列相似性的高低无关。以上这些结果将为二穗短柄草和其它植物中MAPK、MAPKK家族基因分子进化的研究及后续功能的研究打下坚实的基础。