杜布赞斯基曾经说过,不从演化的角度去思考,任何生物学的问题都没有意义。随着分子生物学的不断发展,尤其是基因组测序手段的不断进步,演化生物学也获得了更加广泛的研究空间。分子演化学是演化生物学中发展最快,积累数据最多的领域之一。分子演化学的研究领域非常广泛,包括通过对各种序列多态性的分析——如根据限制性酶切位点多态性、蛋白质序列多态性、核苷酸序列多态性,重建不同基因、小同物种的系统发生树,估算各种替换(演化)速率,进而了解其演化模式,解析其诞生时间及分化过程,还原其对环境的适应过程：分子演化学的研究也包括使用各种计算机算法,通过比较基因组学等手段预测推断基因功能。由于不同物种基因组序列数据、近缘物种基因组序列数据、同物种不同品种基因组序列数据乃至个体基因组序列数据的不断增加,利用基因组序列多态性来研究分子演化学所关心的问题这种做法越来越普及,这种现状对数据分析方法提出了更高要求。在本研究中,我们给出的计算公式证明,一个有n个分支的系统发生树,其所有的分支模型(branch model)总数非常巨大,其总数在数值上与贝尔数(BellNumber)相吻合；由于分支模型总量巨大,全部计算所有的分支模型是一个不易实现的计算难题,因此我们开发了一种动态局部最优化算法,辅助CODEML程序进行分支策略模型分析；在得到一系列优化模型后,利用似然值检验法(LRT)或者赤池信息标准(AIC),最终找到使用参数最少而似然值大的分支模型,我们称这种优化算法为优化分支模型(OBSM, optimal branch specific model)方法。该方法总共包含三种策略,方法一耗时最短,仅需计算2n个分支模型即可得到最终优化模型；方法三计算量相对较大O(n2),但得到的优化模型往往具有更大的似然值。我们通过计算溶解酵素基因全部分支模型证明,利用OBSM方法得到的优化模型,其似然值与全部计算得到的最佳模型非常接近；同时我们还重新计算了来自40篇不同文献的50套数据,结果证明绝大部分(47/50)数据,用OBSM方法得到的最终优化模型似然值,显著大于传统方法获得的基于的先验知识得到的假设模型的似然值,其余的3套数据,最终优化模型的似然值大于或等于假设模型的似然值,但差异不显著。此外,在第17套数据中,我们发现用OBSM方法得到的最终优化模型,其演化速率参数表明分支Sinocyclocheilus purpureus存在着显著的正选择。这个结果表明在传统方法的分析中,研究者遗漏了重要的信息。我们的研究指出了基于先验知识给出假设模型并推断演化速率传统方法的不足之处,提出了改进的OBSM方法,使得分支模型策略不再困扰于全部计算的巨大计算量,也避免了基于先验知识假设模型的局限性、主观性以及无逻辑性。鉴于OBSM方法的实用性,我们开发了OBSM的网页版(http://obsm.ncpgr.cn)以及多平台单机版,供广大学者参考使用。新基因的诞生机制及其演化模式的研究是分子演化学中的一个重要领域。在这里,我们所讨论的新基因是指由mRNA反转录形成cDNA经某种机制插入基因组,随后捕获周边序列形成的反转录转座嵌合新基因。由于这类新基因的特殊形成机制,它们具有明显的结构特征：(1)与母基因相比,内含子发生明显的缺失；(2)包含一个polyA区域；(3)其两端存在着同向短片段重复。自1993年,首个反转录转座嵌合新基因Jingwei基因在果蝇中被发现以来,越来越多的新基因被人们陆续发现。由于分析手段的进步,通过基因组层面扫描在拟南芥和水稻中分别发现了69个和380个反转录转座嵌合新基因,这为研究其演化模式建立了良好的基础。在本研究中,我们利用OBSM方法,对水稻24对反转录转座嵌合新基因及其母基因序列进行分析。计算得到的最终优化分支模型的演化速率参数表明,7个反转录转座嵌合基因对在演化中存在着正选择。通过分析,我们发现这些反转录转座嵌合基因对存在着多种演化模式：(1)在新基因形成的早期,正选择使得新基因序列发生了快速的非同义替换；(2)在新基因形成早期,母基因序列发生了快速的非同义替换；(3)在新基因产生后,经过一段不确定的时期,母基因在特定的分支上产生正选择,而相对的,那些新产生的基因拷贝,其演化速度不受影响。我们分析得到的第一点结论,与Jones和Begun等人的研究结论相吻合,而另外两个观点,目前还没有看到类似报道。随后,通过分子钟计算,我们发现7对存在正选择的新基因中,RCG1,RCG2,RCG3还非常的年轻,其年龄分别为约3百万年,7百万年及1千5百万年。查找水稻全生育期表达谱芯片数据,我们发现RCG3嵌合新基因在愈伤组织侵染时期存在着高表达,这表明该基因对农杆菌侵染存在着一定的应激反应；同时,我们发现RCG3基因序列存在着亮氨酸重复序列,基因注释与同源序列比对结果均显示其可能存在抗病性,这些信息,为进一步研究其功能打下了基础。
