花粉过敏为过敏常见病,且发病率逐年上升,已成为名副其实的流行病,严重影响人类健康。了解花粉过敏原的组成、来源及其抗原决定簇,是研究和治愈花粉过敏症的前提。但目前对花粉过敏原的研究大部分集中于常见过敏原的分子特征及对人类的免疫反应上,而对于花粉过敏原在植物物种中的分布、生物学功能、以及其产生和演化依然缺乏系统的研究。本论文尝试通过生物信息学的方法,全面系统地筛选植物花粉过敏原,并分析和预测这些潜在过敏原物质的功能和进化来源。主要研究结果如下:1)通过提取公共数据库信息以及对相关发表的文献数据挖掘,分别获得了单双子叶模式植物水稻和拟南芥中的花粉的转录组数据和蛋白组数据;随后采用基于特征选择和基于序列的过敏原预测方法,在水稻和拟南芥中分别预测到145和107个潜在花粉过敏原,其中包括已经验证的22个花粉过敏原。2)进一步对水稻和拟南芥中这些潜在花粉过敏原的表达模式和GO功能富集进行分析,结果表明在水稻和拟南芥中它们的功能分类大致相同,40%以上的潜在过敏原参与代谢过程。具有广泛表达特性的花粉过敏原/基因主要参与胁迫响应以及其他初级代谢过程,而在花粉中特异表达的过敏原主要参与细胞壁组成和代谢过程,它们可能与花粉的形成和功能具有一定关系。同时表达模式的分析也指出,一些花粉过敏原也在其他组织部位如叶、根、种子、果实等部位表达,表明这些组织部位也可能是接触花粉过敏原的途径。3)通过分析比较这些潜在花粉过敏原所在的基因家族,我们发现多数花粉过敏原来自于一些大的蛋白/基因家族(如热激蛋白家族、扩张蛋白家族、脂质运输蛋白家族等)。我们推测过敏原蛋白可能是这些蛋白/基因家族在进化过程中随着拷贝数的增多,进而发生功能分化和结构变异所导致。对这些过敏原蛋白在25个物种(从低等植物到高等植物)中同源蛋白分布的分析表明,大约40%的花粉过敏原蛋白/基因有着古老的起源,60%的基因是新近起源或是经历过大的序列变异形成的;同时我们也发现,花粉过敏原基因有着高于其他基因的基因重复事件比率,通过计算,拟南芥中潜在过敏原的基因重复比率为59.81%,显著高于花粉表达基因的45%,而水稻中潜在过敏原基因的重复比率为48.82%也显著高于花粉表达基因的32.11%。Ka/Ks分析显示它们受纯化选择,水稻潜在花粉过敏原的Ka/Ks值在0.25左右,拟南芥中Ka/Ks值在0.2左右,均远小于1,表明它们在植物体内可能有着非常重要的功能并在进化中保留下来。4)为了进一步解释这些过敏原基因/蛋白的具体进化过程,我们分别对扩张蛋白家族(Expansin)和前纤维蛋白家族(Profilin)这两个重要的过敏原家族的进行序列比对和结构空间模拟分析,结果表明,在蛋白序列和空间结构上,致敏表位和其蛋白功能域常有包含或重叠关系,这也暗示了功能进化和致敏性起源之间存在着进化协同性的关系。通过以上的研究数据,我们初步提出一个花粉过敏原产生和其保持致敏性的起源和进化模型,提出致敏性可能随着基因重复事件和功能分化而产生。本研究为花粉过敏原的系统发生和进化提供了新的思路,同时,通过这些模式植物中花粉过敏原的信息以及花粉过敏原的进化模型,将能够进一步帮助其它更多物种的过敏原的预测、研究和表位筛选,为花粉过敏的免疫疗法的在临床上的应用提供可能的理论依据。