人类有8000多年的葡萄食用历史。现今葡萄是全球栽培面积第一和产量位居第三的水果,极具重要的经济价值和历史文化价值。作为非模式植物,葡萄中的代表欧亚种黑比诺葡萄已经完成了全基因组測序,标志着研究水平进入了后基因组时代。在后基因组时代,两方面的研究是比较热门的,包括从上至下的某个性状的分子调控机制,和从下到上的研究某一类分子的生物学功能。本学位论文研究以转录组序列测序和比较基因组分析为主,辅以qPCR实验验证,综合了生物信息学的信息挖掘技术和数理统计分析,基于多种手段的表达分析,从分子进化-发育的角度,全面分析了葡萄CDPK基因和PPCK基因的联系,具体获得了如下成果:1.首先基于对葡萄等有代表性类群的植物基因组和转录组数据分析,发现CDPK基因和PPCK基因是同一个融合基因祖先的后代,随着进化该祖先基因后代形成一个基因单系群,该单系群祖先基因至少起源于红藻祖先中,由于该基因单系群目前还没有名字,本研究根据其结构和起源特点命名为激酶合钙调素基因家族(简称KFC基因家族)。CDPK的起源可以追溯到红藻祖先,而PPCK基因只能追溯到裸子植物祖先。基于大量不同物种中KFC基因家族成员转录分析、结构特点和数目扩增变化等综合发现,KFC的进化对于植物适应环境进化中的6个大转变均具有重要作用。2.在包括葡萄的植物内,通过比较包括CDPK基因在内的KFC基因家族钙信号转换系统与另一个主要的钙信号转换系统CIPK-CBBL,从数目、亚细胞定位、参与的功能种类、工作机制的多样性,KFC系统都是包括葡萄在内的植物界中钙信号转导系统中主要的钙信号转换系统。3.以完成基因组测序的黑比诺葡萄单倍体基因组为基础,综合使用生物信息学挖掘基因组和转录组数据,以及通过分子生物学实验验证和文本挖掘技术,发现了葡萄17个CDPK基因,揭示他们都至少诞生于有一亿年以前的基因复制,随着长期的负选择过程,从持家型表达的CDPK基因产生了 4个花粉特异表达的葡萄CDPK基因,对于后续基于这些基因开发雄性不育植株和开发无籽葡萄具有较高理论价值。同时发现了一些参与响应旱、寒、盐信号转导的葡萄CDPK基因,对于研究三个非生物胁迫信号之间的互作有参考价值。4.为研究PPCK基因的功能,新测定了 3个CAM光合作用类型兰花在昼夜不同时间的共6个转录组,比较了葡萄等双子叶植物的基因组,和共计13种兰花的转录组,均具有良好的覆盖度和测序质量,利用转录组数据挖掘出82个单拷贝细胞核基因,构建了兰花物种树,将兰科植物分为5个亚科。公开了6个转录组数据对于学界后续挖掘利用提供了一定基础。5.挖掘了不同光合作用类型兰花的PPCK基因,通过与葡萄等双子叶植物进行比较,分析发现兰科植物内PPCK基因经复制产生了两个类群,其中的一个类群表现了在13个碳固定基因家族中最明显的昼夜节律表达模式,并且具有4个激酶结构域特异的位点。6.根据PPCK, ME, PPDK,和PEPC表达模式的特点和催化反应的特点,提出了 CAM光合作用中一个新的不同于PPCK-PEPC介导,而由ME-PPDK催化的代谢通路。