淡水红藻是淡水藻类植物进化中的一个较为特殊稀有的类群,其中最主要的类群是串珠藻科植物。rbcL基因、psbA基因、psaA基因是其叶绿体中3个具有重要生物学功能的基因,分别编码核酮糖1,5二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)大亚基;光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心的重要蛋白Qβ蛋白,即D1蛋白;光系统Ⅰ(PSⅠ)跨膜复合物的中心蛋白A,又称P700脱辅基蛋白A。鉴于它们重要的生物学功能,为了探究串珠藻科植物适应特殊生存环境的分子水平机制,了解串珠藻科植物类群的演化历史,本文对串珠藻科植物这3个基因进行了适应性进化及共进化的分析。利用已测得的一些目的基因序列及Genbank中的基因序列,基于最大似然法构建系统发育树;基于基因序列及系统发育树利用PAML4.8软件,运行位点模型、分支模型及分支-位点模型,对目的基因进行了适应性进化分析;基于基因序列和同源建模出的蛋白质三维结构,运用基于Pearson相关系数法、参数检验法和互信息法等的CAPS软件,对目的基因进行了共进化分析。具体研究结果如下:(1)在串珠藻科植物rbcL基因的适应性进化及共进化分析中,在基于最大似然法构建的系统发育树中选定内外类群聚集的6个分支;分支B为胶串珠藻,分支C为扁圆串珠藻,这两个分支后验概率统一为100%,分支D为熊野藻属,分支E为连珠藻属,分支F为弧形西斯藻,外类群分支A为暗紫红毛菜;利用PAML4.8软件进行适应性进化分析,在分支-位点模型下,在分支A、分支F中分别鉴定出350S、277L和280L为正选择位点;在构建出的Rubisco大亚基的参考三维模型中标示正选择位点后发现,277L和280L位于Rubisco大亚基羧基末端保守的8个α螺旋和8个β片层构成的α/β桶状结构域中第7个α螺旋和第7个β片层之间的loop结构上,350S位于羧基末端邻近α/β桶状结构域的一个α螺旋上,提示rbc L基因确实发生了适应性进化,对串珠藻科适应特殊生存环境产生了有益的作用。运用CAPS软件分析了Rubisco大亚基内部的氨基酸共进化关系,基于氨基酸对的相关系数统计出共进化组(对)6组(35对);基于氨基酸疏水性相关性值统计出共进化组(对)6组(35对),基于氨基酸分子量相关性值统计出的共进化组(对)6组(35对),所有6组(35对)共进化组(对)同氨基酸的疏水性、分子量都显著相关,提示它们在该蛋白质的进化历程中是协同进化的关系,对维持该蛋白的功能结构有重要意义。(2)在psaA基因的适应性进化及共进化分析中,在选定的9个分支中均没有检测出有统计学意义的正选择位点,提示该基因在各类群中处于强烈的负选择作用之下。可能的原因是该基因具有重要的生物学功能,其高度的保守性维持其重要的生物学功能,这与已有的一些研究结果是相一致的,也与叶绿体基因组高度保守的普遍特性相一致。鉴于该基因的高度保守性,依据以往的系统发育研究结论,提示该基因适于属及以上分类单元群体的系统发育关系研究,具有作为藻类植物系统分类标志物的潜力。另外,运用CAPS软件分析了光系统Ⅰ中心蛋白A内部的氨基酸共进化关系,基于氨基酸对的相关系数统计出的共进化组(对)5组(20对);基于氨基酸疏水性相关性值统计出的共进化组(对)5组(12对);基于氨基酸分子量相关性值统计出的共进化组(对)5组(15对),其中共有11对共进化氨基酸同疏水性、分子量都显著相关,提示它们在该蛋白质的进化历程中是协同进化的关系,对维持该蛋白的功能结构有重要意义。(3)在psbA基因的适应性进化及共进化分析中,在选定的9个分支中均没有检测出有统计学意义的正选择位点,提示该基因的演化历程和psaA基因相似,在各类群中处于强烈的负选择作用之下,依据以往的系统发育研究结论,提示这两个基因适于属及以上分类单元群体的系统发育关系研究,具有作为藻类植物系统分类标志物的潜力。另外,运用CAPS软件分析D1蛋白内部的共进化关系,没有统计出共进化组(对),我们认为这一结果是不可靠的,可能的原因是:用于分析的序列数据经过适当编辑,不够完整;psbA需要与多个基因联合才能行使其功能,因此单一分析一个基因的共进化关系是不充分的。生物体演化的历程及其分子机制是极其复杂的,尤其是关于淡水红藻这类特殊的植物,因此,要揭示其演化历程,解释清楚其如何适应特殊的生存环境,需要继续对更多的基因展开深入研究,以期能够进一步认识叶绿体基因为适应生存环境而发生分子水平的适应性进化机制。