真菌是真核生物中的一个庞大类群,在自然界物质循环中有着不可或缺的地位。真菌与人类的生存有密切关系。一些真菌可以作为人类食物来源,而病原真菌却侵染粮食作物,造成粮食减产甚至绝收。如何更好地了解真菌、控制真菌并最终为人类服务一直是真菌学研究的方向。糖类活性酶、蛋白激酶和微管蛋白是真菌中三个极为重要的蛋白家族,它们均在真菌的生长发育过程中具有不可或缺的角色。本文基于已发表的真菌全基因组序列,系统地进行了真菌糖类活性酶家族,酪氨酸激酶家族,以及微管蛋白基因家族的比较基因组学分析和系统发育分析,以期更好的理解真菌的生理过程并揭示重要病原真菌的致病机理,最终为开发持续有效的防治植物真菌病害的新策略提供理论依据。本文的主要研究内容及结果如下：1.真菌能够产生大量降解植物细胞壁的糖类活性酶(细胞壁降解酶),以此来侵染寄主并获取营养物质。一些细胞壁降解酶还和病原真菌的致病性直接相关。鉴定和比较分析那些具有不同营养方式或宿主侵染方式的真菌编码的糖类活性酶,可以更好的理解真菌的生活模式以及侵染模式。本研究系统地鉴定了来自于94个真菌的糖类活性酶,包括糖苷水解酶,多糖裂解酶,糖酯酶以及糖基转移酶。比较基因组学分析揭示出各类群真菌编码的糖类活性酶基因在种类组成和数量上存在巨大差异。与腐生真菌、共生真菌和动物病原真菌比较而言,植物病原真菌的糖类活性酶的组成种类和数量都较多。在植物病原真菌之间,死体营养真菌和半活体营养真菌的糖类活性酶的组成种类和数量要比活体营养真菌的多。此外,结果还显示双子叶植物病原真菌比单子叶植物病原真菌编码更多的果胶酶基因。禾谷镰刀菌的基因表达谱分析表明大多数糖类活性酶基因在侵染植物阶段的表达都是上调的。本研究的结果展示了糖类活性酶基因家族在真菌中的扩张情况,并揭示了其与真菌的营养方式以及宿主特异性之间的关系,为后续研究奠定了基础。2.酪氨酸激酶是极为重要的一类激酶,在动物体中,酪氨酸激酶在众多细胞过程中都具有至关重要的作用。真菌中是否存在酪氨酸激酶一直是一个悬而未决的问题,目前对一些真菌的分析认为真菌中没有酪氨酸激酶,但也有研究发现一些真菌中存在疑似酪氨酸激酶。因此,为更好的理解酪氨酸激酶的起源和进化过程,清楚真菌中是否存在酪氨酸激酶基因或相关基因是非常重要的。本研究系统地鉴定了真菌中可能的酪氨酸激酶基因。结果证明了真菌中没有动物酪氨酸激酶的直系同源基因。然而,真菌中有一类激酶(Fslk激酶)与酪氨酸激酶在进化上的关系非常接近,但是其缺少酪氨酸激酶活性所必需的氨基酸残基位点,因此可能不具有酪氨酸激酶活性。生物信息学分析表明它们具有完整的激酶活性结构域,应该具有激酶活性。FslK激酶在子囊菌中全部丢失但却在担子菌的伞菌纲真菌中保留下来并进一步发生了基因家族扩张。因此,FslK激酶可能在这些可形成蘑菇体的担子菌中具有重要生物学功能。3.微管蛋白是所有真核生物包括真菌的一大类重要的结构蛋白,对于维持细胞形态、细胞分裂、胞内物质运输等具有重要作用。目前为止对真菌中微管蛋白的研究局限于单个基因的功能研究,并没有形成系统性的认识,真菌中编码的微管蛋白的家族和种类及其进化关系也不甚明了。本研究系统地鉴定并分析了59个代表性真菌中微管蛋白家族的分布和进化情况,并首次报到了真菌(壶菌)中的δ,ε和η微管蛋白基因。系统发育分析表明,α微管蛋白基因和p微管蛋白基因分别在子囊菌和担子菌中经历了多次的基因复制进而丢失事件,形成了不同的旁系同源或者直系同源簇。分子进化分析表明,这些旁系同源的微管蛋白中,α1,a2和p2微管蛋白承受着不同的选择压力并经历了适应性正选择作用,且α微管蛋白和β微管蛋白功能分化呈现出不同的模式。进一步通过实验验证了禾谷镰刀菌中两个p微管蛋白的不同功能,并分析了造成其功能分化的原因,指出一些Ⅱ型功能分化的氨基酸位点可能与之相关。