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物种是在适应周围的生态环境中逐渐演化而成。究其原因是物种的基因序列及其表达的差异导致物种的表型不同,以致累积到一定的程度演变为新物种。基因序列及其表达的差异是由随机的基因突变产生。目前关于决定基因序列及其表达差异的机制,有以下两种不同的学说:一种是达尔文的自然选择学说,另一种是木村资生提出的中性学说一—遗传漂变假说,前者源于表型的一种理解而后者则是分子水平上的总结。问题是为什么会产生这样的矛盾呢?一种可能就是表型的复杂性影响了它与简单的基因差异建立密切的关系。那么是否存在简单但可以量化的生物性状就成为制约这些分析的瓶颈。但是几乎所有生物表型性状都是复杂的。基因表达是连接稳定的基因型与复杂多变的表现型的纽带,基因表达的变化很大程度上反映了表型的变化,以至于基因的表达差异与传统的物种差异存在很好的相关性。比如说,以物种间的基因差异表达为指标所构建的进化树与传统的方法构建的进化树基本一致。这说明基因表达可以作为进化研究的一个表型或指标。有研究表明,中性选择是基因差异表达进化的决定性因素,也有研究表明达尔文提出的自然选择在此过程中起重要作用。因此,基因差异表达是如何影响进化还需要进一步研究。本文选取果蝇为实验材料研究基因的表达进化机制。主要是建立果蝇胚胎发育时期基因的差异表达(基因表达丰度—GEA:gene expression abundance,基因表达广度—GEB:gene expression breadth)和基因进化速率—Ka,Ks,Ka/Ks(ω)的关系。其中非同义替换率(Ka:non-synonymous nucleotide substitution rate)指实际发生在同源基因间的非同义替换的数目与该基因的所有可能发生非同义替换的数目的比值;同义替换率(Ks:synonymous nucleotide substitution rate)指实际发生在同源基因间同义替换的数目与该基因所有可能发生同义替换的数目的比值,因为它通常不造成基因功能变化,它可以作为中性选择的标记。Ka/Ks(ω)表示编码蛋白序列在进化过程中受到的选择压力,以此来揭示三种不同的选择:当Ka/Ks(ω)<1时基因受负选择的作用,当Ka/Ks(ω)= 1时基因受中性选择的作用,当Ka/Ks(ω)>1时基因受正选择的作用。通过YN算法得到果蝇基因的Ka,Ks及Ka/Ks(ω),研究Ks,Ka/Ks(ω)的分布并建立GEA,GEB和Ks,Ka/Ks(ω)的关系,得到主要研究结果如下:1.果蝇同源基因间的Ks近似服从正态分布或混合正态分布,因此Ks可以作为中性选择的标记。2.果蝇的基因表达丰度(GEA)和Ka/Ks(ω)存在很强的负线性相关,但和Ks的相关性较弱。基因表达丰度(GEA—低、中、高)和Ka/Ks(ω)是负相关,但和中性选择(Ks)关系较弱。3.果蝇的基因表达广度(GEB)和Ka/Ks(ω)、正选择(Ka/Ks(ω)>1)负相关,但和中性选择(Ks)基本无关。4.特异表达的基因Ka/Ks(ω)大,广泛表达的基因Ka/Ks(ω)小,但基因的特异表达或广泛表达都和中性选择(Ks)基本无关。因此,果蝇胚胎发育时期基因差异表达和Ka/Ks(ω)、正选择(Ka/Ks(ω)>1)负相关,主要受自然选择的作用,和中性选择(Ks)基本无关。编码基因的序列差异是通过自然选择固定下来而不是中性选择。正是基因差异表达促使物种的多样化,因此调控果蝇胚胎发育时期基因进化的主要驱动力是自然选择而非中性选择,本文的分子证据支持达尔文的自然选择学说。