Ⅲ型过氧化物酶(ClassⅢ peroxidase，PRX)是植物中特有的一类过氧化物酶，在木质素生物合成和抗逆反应中发挥重要作用。PRX在植物中通常以大型基因家族的形式存在，比如拟南芥和水稻基因组分别含有73个和138个PRX基因。植物中如此众多的PRX基因为何能够保留在基因组中，家族成员间的功能分化模式和机制是什么，这些问题目前仍然没有被揭示。本论文以具有重要经济价值的林木模式植物杨树（Populus trichocarpa）为研究材料，对杨树PRX基因家族的分子进化、基因表达、亚细胞定位和蛋白功能进行了详细分析，探讨了植物重复基因的保留机制，其主要结果如下:　　1、从杨树基因组中鉴定了93个全长的PRX基因，这些PRX基因在染色体上不是随机分布，在染色体1、3、7、13和16上分布着5个基因簇，因此串联重复是PRX基因扩张的主要方式。另外有14个重复基因对是杨柳科最近一次全基因组重复产生的，因此，全基因组重复也贡献于PRX家族的扩张。　　2、研究了杨树93个全长PRX基因在正常生长、双氧水、水杨酸、盐和干旱胁迫下，在根、嫩枝、叶、芽和韧皮部组织的表达模式。在我们检测的条件下有41个PRX基因在所有生长条件下均表达，44个基因在胁迫条件下或在特异的组织中表达，8个基因在所有的组织和生长条件下均不表达。在正常生长和胁迫条件下，在根中表达的PRX基因数量最多，比如在正常生长条件下，有81个PRX基因在根中表达，而分别有63、52、61和68个PRX基因在嫩枝、叶、芽和韧皮部中表达，这说明杨树PRX基因更趋向于在根中表达。　　3、对两个最大的PRX基因簇（ClusterⅠ和ClusterⅡ）所编码蛋白的亚细胞定位研究发现，有8个PRX蛋白定位在液泡中，2个PRX蛋白定位在细胞壁。8个液泡定位的PRX蛋白在C-末端含有液泡定位的信号肽，而2个细胞壁定位的PRX蛋白在C-末端缺少液泡定位的信号肽。　　4、进化历史分析发现，对于两簇最大的串联重复PRX基因(ClusterⅠ和ClusterⅡ)，其祖先基因编码的蛋白定位在细胞壁上，在其后的演化历程中，有一个祖先拷贝获得液泡定位的信号肽而定位在液泡中，然后液泡定位的PRX基因经历了快速的扩张，而细胞壁定位的PRX基因没有经历扩张。　　5、分子进化分析发现4个液泡定位的PRX基因（PRX2、PRX3、PRX4和PRX7)受到正选择压力，并且不同的正选择模型均检测到7个受到正选择的氨基酸位点。在这7个正选择位点中，有5个位点邻近活性位点。而且在这7个正选择位点中，有4个位于蛋白结构的loop区，有2个位于α-螺旋或β-折叠的末端。因此，正选择位点主要位于蛋白质结构的柔性loop区域，主要作用于底物结合位点附近的位点，而不是直接作用于活性位点。　　6、分析了ClusterⅠ和ClusterⅡ中10个PRX蛋白的底物特异性和催化活性，发现10个PRX蛋白对抗坏血酸、松柏醇、芥子醇、邻苯三酚、愈创木酚和阿魏酸均有催化活性，且所有的蛋白对松柏醇展示了最高的酶学活性。而且10个PRX蛋白对同一底物的酶学活性和催化效率也具有较大差异，预示着它们功能的分化。　　7、为了理解酶学特性分化的过程和模式，我们重建了PRX2、PRX3、PRX4和PRX7的最近共同祖先MRCAP。然后对MRCAP进行酶学功能分析，发现MRCAP的酶学活性显著低于PRX2和PRX3，但明显高于PRX4和PRX7。为了分析这些正选择位点的功能意义，我们利用蛋白质定点突变策略对正选择位点的生化功能进行了分析，发现正选择位点显著影响了液泡PRX蛋白的生化功能。　　综合系统发育关系、分子进化分析、亚细胞定位、基因表达模式、酶底物特异性和定点突变等数据，本论文系统性地阐述了杨树PRX基因家族功能分化的模式和机制，揭示了亚细胞定位的分化是重复基因保留的一种机制，而正选择也在重复基因保留中扮演着重要角色。