在蛋白功能的层次上研究进化的机理、揭示生物多样性的实质是进化生物学发展的又一新阶段。本课题以一重要的功能基因家族 -海藻糖-6-磷酸合成酶（TPS）为例，以杨树为主要植物材料并辅以进化关系甚远的水稻、拟南芥等模式生物，结合基因组学、生物信息学、分子系统学、分子生物学和生物化学多学科分析手段，研究植物功能基因家族的分子进化特点和基因家族蛋白功能的进化，从而逐步揭示基因家族成员间核酸-蛋白-功能之间多样性分化的对应关系和其进化生物学意义。

基因家族的进化及其功能分化是后基因组时代进化生物学研究的核心问题。我们以海藻糖-6-磷酸合成酶（TPS）基因家族为研究对象，从毛果杨全基因组中鉴定了12个TPS基因，系统进化分析发现这些基因分为两种类型，第一种有两个成员，含有16个内含子，而第二种有10个成员，仅含有2个内含子，这些基因在杨树基因组中主要是通过全基因组加倍进行扩张。蛋白质活性位点分析发现仅第一类TPS蛋白具有结合底物的功能残基。分子进化分析发现第一类TPS基因的进化速率比第二类TPS更慢，而且受到更强的负选择压力。基因表达模式分析发现，在12个TPS基因中，有3个基因在所有组织和所有胁迫条件下都不表达，这3个TPS基因可能变成了假基因，而其余的9个基因在所有的组织和所有的胁迫条件下都表达，说明这些基因是组织构成型表达的基因。从杨树中克隆了PtTPS1，PtTPS5和PtTPS9基因，并在大肠杆菌中表达并纯化了蛋白，酶学活性分析发现仅仅PtTPS1具有催化UDP-G和G-6-P合成海藻糖6磷酸的酶学活性。我们的研究说明了杨树两类TPS基因的序列分化导致了功能的分化，这种功能分化对植物适应性功能的建立可能具有重要作用。