十字花科(Brassicaceae)因含有大量的蔬菜作物,具有极为重要的经济和农业价值,也是开花植物研究的重要模式植物。拟南芥、白菜等多个作物在十字花科古多倍体进化过程中颇具代表性,且基因组测序已完成,为其基因组结构和功能进化研究提供了重要的基础材料。首先,课题基于基因组信息学方法对其基因结构进行解析,重建了泛十字花科多参考基因组与多倍化和物种分化相关联的同源共线性基因列表;并对多倍体和物种分化产生的共线性基因的进化速率(Ks)进行多正态分布拟合分析,发现不同基因组进化速率具有明显差异;基于十字花科与共有祖先同一进化事件发生的时间,提出对Ks分布矫正的方法,对十字花科关键进化事件发生的事件重新测定,推断十字花科两次共有古老四倍体事件(β、α)分别发生在约1.01~1.14亿年前、6.2~7千万年前;芸薹属(白菜、甘蓝等)共有六倍体事件发生在约3.8~4.3千万年前。其次,统计分析泛十字花科古代子基因组保留、丢失水平差异;研究提出一种新的统计算法测定基因组内不同子基因组保留差异,该算法在一定程度上能够识别古多倍体类型;将该算法应用识别泛十字花科,推断十字花科进化过程中的四次多倍化事件,可能都是异源多倍体事件。最后,为研究多倍化对重要基因进化的影响,对开花相关基因鳞状启动子结合蛋白(Squamosa Promoter Binding Protein-like,SBP或SPL)在泛十字花科中进行深入的比较分析,发现不同全基因组加倍事件都有利于该家族基因拷贝扩增,尤其是十字花科共有的古老加倍(β),可能极大的贡献了家族扩增;另外,基于系统发育分析发现该家族基因同源拷贝显现出对古老加倍产生的子基因组保留不平衡,并且在不同基因组中的进化速率呈现不平衡现象。综上,课题对主要十字花科植物基因组结构进行深入的比较分析,构建了多基因组共线性比对列表,为十字花基因相关研究提供了重要的比较基因组学研究资源;研究对多倍化后重复基因组进化进行比较和统计分析,尤其是建立了识别古多倍体产生子基因组保留水平差异的算法,对今后十字花科植物及其他植物类群的古多倍体类型推断具有重要的遗传学贡献。图18幅;表13个;参71篇。