新的功能基因是如何起源又是如何固定的？这是进化生物学的基本问题之一。由于历史的久远，绝大部分基因的起源过程已经无法追踪。生活在寒冷地区不同地带的海洋鱼类在最近几百万年的时间里分别进化产生了至少五种结构各异的抗冻蛋白，为我们探索新基因的起源机制提供了一个极佳的研究系统。在本项目中，我们将对鱼类III型抗冻蛋白（Type III Antifreeze Protein, AFP III）基因的起源及其家族的进化作详细的探讨，揭示AFP III基因起源的分子过程以及基因家族的进化模式；并对比抗冻糖蛋白（Antifreeze Glycoprotein,AFGP）基因及其他基因家族形成过程发现基因扩增的结构单元，所需的元件和涉及的分子机制，阐明基因家族在极端低温环境下进化的普遍规律，为在动植物中有效利用抗冻和耐寒相关基因提供理论基础。

人类基因组测序表明唾液酸合成酶（SAS）的C末端与鱼类的III型抗冻蛋白(AFPIII)在序列上有些相似，但SAS基因与AFPIII基因之间的进化关系没有阐明。本项目通过构建南极鱼, Lycodichthyus dearborni的BAC文库，shotgun测序发现L. dearborni 具有两个SAS基因，而抗冻蛋白基因多达30多个，总长度达到750kbp以上。染色体原位杂交表明SAS基因与AFPIII基因位于不同的染色体上。分析SAS和AFPIII基因的结构表明AFPIII的编码序列起源于SAS基因的第六个外显子，而编码AFPIII信号肽的外显子序列起源于SAS基因的5'UTR和最初的几个氨基酸编码序列。SAS基因通过4个过程转化为AFPIII基因。1. SAS基因倍增;2. 逆转座因子介导的SAS基因转座;3.SAS基因从第一个外显子后半部分到第5个外显子之间DNA的切除;4.信号肽的从头起源。序列进化分析表明，SAS基因在向III型抗冻蛋白转变过程中受到了强烈的达尔文正选择。本项目首次揭示了逆转座因子在环境驱动下在新基因起源上的作用，首次展现了信号肽可以从头起源。