ABC家族是生物界已知最大、功能最广泛的蛋白质超家族，其成员在作物产量、品质和抗性形成中发挥重要作用。本作品建立了一套利用生物信息学方法对植物基因家族进行进化研究的技术路线，并对水稻ABC家族B亚族的进化机制、表达特征和功能分化进行了全面研究，发现该亚族经历了物种特异性扩张，其成员在特定组织和器官中表达并受非生物胁迫的调控，并鉴定出了不同基因的可能功能。其结果为水稻ABC基因功能研究提供重要参考。

ATP结合框（ATP-binding Cassette，ABC）转运蛋白家族是生物界已知最大、功能最广泛的蛋白质超家族，其成员在作物产量、品质和抗性形成中均发挥重要作用。水稻是重要的粮食作物，其基因组编码超过130个ABC蛋白，然而多数成员的功能还不清楚。本作品对水稻和拟南芥ABC家族成员最多、功能最广泛的B亚族基因进行了比较进化分析，并对水稻ABC家族B亚族（ABCB）基因组织器官和胁迫下的表达模式进行了全面研究。
通过在水稻基因组注释数据库和拟南芥信息资源数据库中进行比对搜索共鉴定出水稻和拟南芥27个和29个ABCB基因，发现其外显子数目、编码蛋白质的长度和分子量在两种植物中均有较大变异，而等电点分布的变化较小。系统发育分析把该亚族蛋白分为4个亚组，说明其功能可能已经发生了分化；在水稻和拟南芥中各鉴定了6对和9对旁系同源基因，说明单、双子叶植物分离之后，该亚族在水稻和拟南芥中均以物种特异的方式进行了扩张。片段复制和串联重复是水稻ABC家族扩张的主要机制。
结构域分析表明所有蛋白均含有TMD，说明这些蛋白均是跨膜转运蛋白，而且所有蛋白结构域的排列顺序均为TMD–NBD，代表了该亚族蛋白结构的基本特征。多序列比对显示，核苷酸结合域（NBD）的Walker A、Walker B和ABC域基序均高度保守，而Q环和H环的保守性略差；跨膜结构域（TMD）在不同蛋白之间和同一蛋白内没有明显的保守性。
表达模式分析显示，水稻ABCB基因可以分成四个亚组（I-IV），说明该亚族基因的表达已经发生了显著的分化。没有ABCB基因表现出组成型表达，说明该亚族基因具有明显的组织特异性。非生物胁迫下表达的芯片数据分析表明，亚组I三个基因（OsABCB6、OsABCB7和OsABCB9）表达均被高盐和低温处理所诱导。亚组II六个基因表达均被干旱和高盐处理所诱导，但不受低温处理的影响。亚组III中OsABCB2、OsABCB5和OsABCB19的表达被低温处理诱导，OsABCB20和OsABC21被高盐处理显著抑制，其余基因不受显著影响。亚组IV的8个基因均被干旱处理显著抑制，部分基因同时被高盐或低温处理抑制。此外，一些组织器官表达类似的基因在胁迫下也表现出相似的表达模式。
水稻旁系同源基因Ka和Ks分析表明，其Ka/Ks值均远小于1，表明强的纯化选择在复制后基因功能的保留中发挥了重要作用。功能分化分析表明，旁系对OsABCB8/OsABCB13发生了无功能化或假基因化、旁系对OsABCB5/OsABCB6、OsABCB20/OsABCB21发生了新功能化。其余三个旁系对在不同组织器官中的表达相互补充，其功能分化可以解释为亚功能化。
这些成果提供了该家族进化历史及功能的基本信息，为下一步水稻ABC基因在物质转运、胁迫应答和生长发育过程中的功能研究奠定了基础。

第十二届“挑战杯”作品 二等奖
1.第一作者，水稻ABCB转运蛋白基因的分子进化和表达分析, 中国水稻科学,2011第6期待发（已接受发表，录用证明见附件）;
2.XX大学第六届“挑战杯”动感地带大学生课外学术科技作品竞赛生命科学类特等奖。