草本能源植物是最具发展前途的生物质资源之一,而富含纤维素的草本能源植物对实现大面积种植和产业化方面具有很大的便利性。因此研究纤维素合成酶基因家族对草本植物而言具有重要意义。在本研究的被子植物中有超过三分之二的物种是草本植物。所以研究纤维素合成酶基因在单、双子叶植物中的进化模式也能反映出其在草本植物中的进化特征。使用来自57个完全测序的被子植物基因组的纤维素合成酶基因家族构建系统发育树,研究纤维素合成酶基因在单、双子叶植物中的不同进化模式。我们发现维素合成酶基因在被子植物中可以明显分成三大类,分别命名为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。第Ⅰ类包括CesA;第Ⅱ类包括 CslD、CslF;第 Ⅲ 类包括 CslH、CslE、CslJ 和 CslG。motif的组成分布鉴定分析发现Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类分别都有两个特异motif。此结果支持分成三大类的结论。以无油樟、睡莲基部被子植物作为外类群,CesA可进一步分为8个亚家族,分别命名为CesAl至CesA8;CslD可进一步分为5个亚家族,分别命名为CslD1至CslD5。也就是纤维素合成酶家族在被子植物中可以分成18类。我们发现在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类中,导致纤维素合成酶基因扩增的原因是不同的,其中第Ⅰ类纤维素合成酶基因在被子植物中扩增都是因为在某个科内发生全基因组复制事件;第Ⅱ类中CslF纤维素合成酶基因扩增是由于禾本科在早期和近期都有发生大量的串联复制事件,而CslD1的基因扩增主要是因为发生了单子叶和双子叶的整体全基因组复制事件;在第Ⅲ类中,纤维素合成酶基因只有在CslE这一类有发生单子叶和双子叶的整体全基因组复制事件。其他几类都主要是因为在单个物种内发生串联复制事件以及某个科内发生串联复制事件所而引起的基因扩增。同时我们还发现草本植物和木本植物虽然在基因数目上没有显著的差异,但是在不同分类中草本植物发生基因扩增的情况比木本植物更多。通过Easy codeml软件分析纤维素合成酶基因超家族的选择压力。首先采用分支模型,我们发现木本植物的纤维素合成酶基因的进化速率比草本植物大。草本植物较低的dN:dS值说明纤维素合成酶在进化中处于比较稳定的状态,而木本植物中纤维素合成酶进化速率很快,可能发生了新功能化。然而,整体上中各个分枝的dN:dS值都较低。因而我们进一步采用分支位点模型研究纤维素合成酶基因超家族的不同分支的进化特征。我们发现无论是在CesA、CslD还是CslH/E/J/G中,单子叶中禾本科与和双子叶中的四个科的显著位点也是主要发生在草本植物所集中的三个科中,其中以禾本科最多。根据这些显著位点的分布情况,我们推测在进化过程中这些位于催化结构域的许多氨基酸都发生了较大的改变,且草本植物的发生改变的选择位点比木本植物多。综上所述,纤维素合成酶基因数目在草本植物和木本植物中没有显著差异,主要是草本植物的显著选择压力位点要比木本植物多,说明草本与木本的纤维素合成酶差异主要是在位点上的差异而不是基因数目上的变化。