蝎在4亿多年的进化史中,不断发展壮大,并广泛分布于世界各地,这在很大程度上归功于它的毒液系统。蝎通过毒液系统生产富含多种生物活性组分的毒液,用以捕食猎物和防御天敌。蝎毒液中的蛋白组分被统称为蝎毒素,是毒液的主要活性成分,被广泛的应用于现代生物医药的研究,是新药开发和分子设计的重要分子资源库。蝎毒素在不同科间、属间、种间及种内都呈现出极其丰富的多样性,特别是科间多样性尤为显著,但现有的蝎毒素研究主要集中在钳蝎科的少数蝎种上,对非钳蝎科毒液的研究甚少,大量的非钳蝎科毒素正亟待挖掘和研究。本文通过建立豚蝎科和真蝎科蝎种的毒腺组织cDNA文库,并对其进行转录组学分析,获得了大量新的毒素分子,比较分析了不同的蝎科间和科内的蝎毒素多样性,并基于豚蝎科毒素的进化分析探讨了蝎毒素从钳蝎科到非钳蝎科的动态进化过程。此外,由于缺乏蝎种的基因组数据,目前无在基因组水平上分析与研究蝎毒素多样性的遗传基础。本文在部分参与了马氏正钳蝎基因组测序及分析的基础上,利用马氏正钳蝎全基因组数据,分离鉴定了马氏正钳蝎的毒素基因,分析总结了神经毒素基因和防御素基因的组织结构特征及进化起源关系,探讨了蝎毒素多样性产生的遗传基础。首先,构建了三脊豚蝎、特里豚蝎和壮真蝎的毒腺组织cDNA文库,并对其进行了转录组学分析,共分离鉴定出284个新毒素分子,其中已知毒素类型分子159个,分为20种类型：钠毒素、a-钾毒素、p-钾毒素、钙毒素、细胞毒性肽、bpp类似肽、scorpine类似肽、小阳离子抗菌肽、甘氨酸富集肽、长阳离子抗菌肽、酸性肽、Lal类似肽、脂类分解激活肽、8C毒素、tibetain、胰蛋白酶抑制剂类似肽、蝎毒素丝氨酸蛋白酶、溶菌酶、磷脂酶A2和唾液蛋白；另发现未知功能的非典型毒素分子125个,包括豚蝎科特有的毒素类型Chaertoxin1和Chaertoxin2以及真蝎科特有的毒素类型Euscortoxin1。这些研究结果揭示了蝎毒素具有丰富的分子多样性特征,同时也为新功能毒素分子的开发和研究提供了重要资源。其次,通过豚蝎科、钳蝎科及其它非钳蝎科的毒素类型和毒素丰度的比较,发现豚蝎科毒素含有钳蝎科中所特有的4类毒素类型（钠毒素、bpp类似肽、p-钾毒素和小阳离子抗菌肽）,但其毒液组分中抗菌肽类的丰度更接近于非钳蝎科。这些结果表明豚蝎科毒素类型更偏向于钳蝎科,但抗菌肽类毒素丰度类似于非钳蝎科,呈现出一种由钳蝎科到非钳蝎科动态进化过程的中间状态。同时,利用豚蝎科中新发现的钠毒素、β-钾毒素、bpp类似肽和小阳离子抗菌肽的序列信息与钳蝎科中同种类型的毒素进行进化分析研究,初步揭示了钠毒素、p-钾毒素和bpp类似肽在钳蝎科与非钳蝎科分化之前已被招募到蝎毒液系统。比较分析壮真蝎毒素转录组数据与已报道的詹氏琵蝎毒素转录组数据,发现尽管两者的毒素类型没有差别,但在毒素丰度上具有显著差异,结果表明了真蝎科毒素的科内多样性,丰富和加深了对蝎毒素多样性的认识。最后,利用马氏正钳蝎全基因组数据,分析了蝎毒素基因的多样性及其遗传基础。从马氏正钳蝎基因组中分离和鉴定了毒素编码基因共198个,包括神经毒素基因116个（61个钠毒素,46个钾毒素,5个氯毒素和4个钙毒素）,脂类分解激活肽基因14个,抗菌肽基因8个,磷脂酶A2基因19个,透明质酸酶基因2个,金属蛋白酶基因15个以及其它毒素类似肽基因24个。对其中116个神经毒素基因进行了基因组织结构分析,结果发现,多数神经毒素基因具有相同的基因组织结构特征,表现为神经毒素基因不仅由1个位于信号肽部位的Ⅰ相内含子和2个外显子组成,而且在基因组水平上有明显的成簇现象,表明毒素基因在基因组上进行了大量复制。通过比较分析防御素与神经毒素基因的基因组织结构特征,发现两者具有相似的基因组织结构,证实了它们有共同的起源。进一步通过对防御素与神经毒素基因的进化分析,推测了它们可能的进化起源轨迹,即钠毒素基因最先从祖先毒素基因分化出来,然后是氯毒素,钾毒素和防御素基因的分化。综上所述,本研究在转录组水平上对三脊豚蝎、特里豚蝎和壮真蝎的毒素分子多样性进行了全面的调查研究,共分离鉴定到284个新毒素分子,为创新药物的设计和开发提供了大量的分子资源。进一步通过分析比较不同蝎种的毒素类型与分子,揭示了蝎毒素的科间和科内多样性的分子特征,并探讨蝎毒素从钳蝎科到非钳蝎科的动态进化过程。另外,在基因组水平上分离鉴定了马氏正钳蝎的198个毒素基因,分析了其中116个神经毒素基因的基因结构和起源进化,初步揭示了蝎毒素多样性产生的遗传基础。