蛋白质通常通过与其它蛋白质相互作用而行使其生物学功能。虽然已有大量研究工作围绕蛋白质相互作用组展开,但其中与植物蛋白质相互作用组相关的研究工作却相对偏少。本文以植物蛋白质相互作用组为切入点,首先开发了拟南芥蛋白质相互作用位点数据库AraPPISite,目的是为植物科学研究人员提供一个实用的知识库。进一步,将植物蛋白质相互作用组与其它类型数据相整合,试图探究两个重要的生物学问题,即植物-病原菌相互作用机制和杂种优势形成机制。详细结果如下:AraPPISite存储了来自Protein Data Bank数据库的27对拟南芥蛋白质相互作用的三维结构,以及利用两种基于模板对接方法预测的3,023对拟南芥蛋白质相互作用的三维结构。对于每一对蛋白质相互作用,AraPPISite不仅提供了浏览三维结构和原子层次位点的交互式页面,还为原子层次位点注释了进化信息和理化性质,以辅助用户挖掘蛋白质相互作用中的关键位点。进一步,AraPPISite为4,286对不能预测三维结构的蛋白质相互作用提供了序列层次的互作区域注释,即结构域相互作用和结构域-模体相互作用区域的注释。AraPPISite是一个免费的、用户友好的数据库,用户不需要注册或本地配置就可以查询或下载AraPPISite中的数据,尤其适合结构生物学及蛋白质生物信息学经验较少的研究人员。AraPPISite的网址是http://systbio.cau.edu.cn/arappisite/index.html。为了分析植物-病原菌相互作用机制,对拟南芥蛋白质相互作用网络、拟南芥-丁香假单胞菌蛋白质相互作用、拟南芥-活体营养型卵菌蛋白质相互作用、拟南芥基因表达谱数据进行了整合分析,揭示了上调的差异表达基因和靶蛋白在拟南芥蛋白质相互作用网络中相对位置的动态变化模式。通过对网络的拓扑特征分析发现,被效应蛋白攻击的靶蛋白在网络中具有较高的介数中心性且倾向于成簇出现,尤其是和相同效应蛋白互作的靶蛋白之间连接地更紧凑。这说明病原菌是以局部攻击的策略干扰在全局网络信息传递中占据重要位置的蛋白质。进一步分析发现,第一个时间点上调的拟南芥差异表达基因在网络中距离靶蛋白最近,随着侵染时间的推移,差异表达基因逐步远离靶蛋白。这说明植物逐步激活距离靶蛋白较远的蛋白质与病原菌相抗衡。与这一结果相一致的是,相比于对病原菌抗性增强的突变体,易感性增强的突变体中有更多的差异表达基因在网络中位于靶蛋白的周围。本文中作者还率先将水稻蛋白质相互作用组应用到杂种优势形成机制的研究中。相比于拟南芥,水稻中实验鉴定的蛋白质相互作用数目寥寥无几。因此,首先利用同源映射方法预测粳稻和籼稻杂交Fi代中所有潜在的蛋白质相互作用。在此基础上,利用Protein interactions by structural matching(PRISM)方法筛选高质量的F1代蛋白质相互作用组,其中包括F1代中新出现的蛋白质相互作用,即F1代特异蛋白质相互作用。通过对参与F1代特异蛋白质相互作用的F1代特异蛋白质的功能分类发现,这些蛋白质中富含各类酶。这说明F1代特异蛋白质相互作用是代谢通路的成员。进一步,从全基因组层次挖掘了代谢基因簇。通过对代谢基因簇的分析发现,F1代特异蛋白质倾向是代谢基因簇中的代谢基因,再次证明了 F1代特异蛋白质相互作用广泛参与代谢通路。最后,基于全基因组关联分析,在四个杂交群体中定位了与三个产量性状显著相关的基因。分析发现,F1代特异蛋白质中富含产量性状相关基因。这意味着F1代特异蛋白质相互作用对杂种优势的形成具有重要贡献,其可能通过连通已有代谢通路或激活新的代谢通路,增强F1代对环境的适应能力。综上所述,本研究的开展为学术界提供了一个综合的拟南芥蛋白质相互作用位点知识库,有助于深入开展植物功能基因组学的研究。同时,从蛋白质相互作用组角度对植物-病原菌相互作用机制和杂种优势形成机制的探讨,不仅具有重要的学术价值,还为今后作物抗病高产品种培育提供了新思路。