中文摘要：

分子进化与生物信息分析技术已成为植物进化基因学发展的"瓶颈"之一，而正在兴起的系统生物学方法为揭示植物基因调控及代谢网络的复杂进化机制提供了新的途径。十余年来，申请者致力于建立进化分析模型和计算机模拟技术并应用于植物进化生物学研究采用多种分子证据和统计技术重建了红树科系统发育关系；建立了新的统计模型与模拟算法来检测不一致基因树中的杂交事件；将序列与结构分析相结合，发现Urm1蛋白为泛素超家族的"分子化石"。近来，建立了一个新的植物光合作用代谢动态流量平衡模型（M－DFBA）并进行了系统生物学分析，发现C3植物在环境变化条件（如缺水）下光合作用不同通路间呈现高度的协同效应。本项目将进一步针对植物基因组研究中的复杂问题，建立普适的代谢网络动态流量平衡模型及计算机模拟方法。同时，在构建重要植物类群（如裸子植物）的进化超树方面取得突破性进展。

结论摘要：

该项目通过开展基于基因组信息的分子进化分析与系统生物学研究，重建重要植物类群的分子系统发育关系并对植物光合作用代谢网络进行系统生物学分析。通过四年研究，取得如下成果1）对全寄生植物肉苁蓉的叶绿体基因组测序并与其他列当科植物比较，发现其基因组大小和基因含量明显降低，表明其进化过程中存在基因丧失现象。与其寄主梭梭比较则发现肉苁蓉的rpoC2基因是梭梭基因水平转移（HGT）事件的结果；2）完成了被子植物和裸子植物腺苷酸合成酶超基因家族的适应性检测和功能分歧分析，检测出特定的适应性基序和位点，并进行了结构模拟与功能预测；3）在喜马拉雅山脉（珠穆朗玛峰）中国和尼泊尔段分别采集到西藏沙棘（分布最高的雌雄异株植物）、山岭麻黄（分布最高的裸子植物）、金露梅和鼠曲雪兔子（分布最高的高等植物）材料。应用SSR技术和新一代测序技术对上述植物进行了遗传多样性分析和适应性进化检测，并将其进化速率与分歧时间估计与青藏高原地质与冰川研究结果相整合；4）初步完成了光合作用蓝绿藻——西藏念球藻（暂名）的全基因组测序和转录组分析，对其代谢产物的测定为扩展光合作用代谢平衡分析的系统生物学建模与计算机模拟提供了新的参数；5）在西藏发现了海拔3800-4000米的拟南芥自然群体，初步完成其全基因组重测序工作；6）改进了用于基因组和系统生物学分析的生物信息学方法；7）在国际学术刊物发表论文8篇。有关C3植物光合作用代谢平衡建模与计算机模拟工作作为“水稻抗旱基因资源挖掘和节水抗旱稻创制”的组成部分获2013年度国家技术发明二等奖。