一、研究背景与科学问题

ATP结合盒（ATP-binding cassette，ABC）转运蛋白广泛存在于植物中，参与多种物质跨膜转运，在植物生长发育、逆境响应和次生代谢过程中发挥重要作用。尽管此前已有多种植物ABC基因家族的研究，但不同进化谱系之间的系统比较仍相对不足，难以从宏观尺度解释其起源、扩张和功能分化规律。

围绕这一问题，山东农业大学杨龙老师团队以跨植物谱系的大规模基因组数据为基础，系统开展ABC转运蛋白家族鉴定、进化分析及功能关联研究。其显著特点是研究对象跨度广、序列数据量大、分析环节多，对生物信息学计算能力和数据处理效率提出了较高要求。

二、主要研究成果与创新点

研究覆盖1108种植物，共鉴定出159077个ABC基因，构建了用于比较不同植物谱系ABC家族组成与演化特征的大规模基础数据集。跨谱系结果显示，高等植物的ABC基因数量总体多于藻类，为认识植物从水生向陆生演化过程中转运蛋白家族的变化提供了重要线索。

系统演化分析表明，ABCG1、ABCG4和ABCG8亚家族起源于陆生植物并沿不同路线演化；保守基序分析发现Motif 1和Motif 9在不同谱系中具有较高频率，提示ABC蛋白在长期演化过程中保留了部分稳定的结构特征。基因复制分析进一步指出，分散复制和全基因组复制是高等被子植物ABC基因家族扩张的重要途径，完整转座元件可能参与部分基因新功能的形成。

在深入分析层面，团队以12份番茄材料开展泛ABC基因家族研究，发现可变基因所承受的选择约束相对宽松；同时结合拟南芥盐胁迫相关数据，分析ABC基因的响应特征及其关联网络。这些结果将跨谱系进化规律与具体植物的功能变化联系起来，拓展了ABC家族研究的广度与深度。

在系统研究基础上，团队进一步建立PlantABC数据库，整合植物ABC基因组学和进化研究信息，为相关基因检索、比较分析和后续功能研究提供可复用的数据资源。

三、超算平台使用情况与支撑价值

该研究具有典型的“大规模、多物种、多环节”计算特征：需要对来自大量植物物种的蛋白序列进行批量分析，并将跨谱系的家族组成、保守基序、基因复制类型以及泛基因组和胁迫响应信息进行关联比较。单一物种分析能够采用的常规工作站方案，面对千种植物尺度的数据时，往往面临任务吞吐、计算内存、存储管理和批量调度等方面的压力。

在这一研究场景中，山东农业大学超级计算平台能够为大批量序列处理和多任务计算提供集中化算力环境。依据论文所涉及的分析类型，可重点体现平台对多物种ABC基因家族检索与鉴定、系统进化与保守基序分析、基因复制关系分析，以及番茄泛基因组和拟南芥胁迫相关数据处理等计算任务的支撑作用。通过资源集中管理与批量作业调度，有利于提升分析流程的组织效率，为多来源数据的统一处理与研究结果的可重复性提供条件。

四、相关产出与科研价值

相关成果已以“Large-scale identification and evolutionary analysis of ATP-binding cassette transporters in cross-lineage plant species”为题发表于园艺领域学术期刊Horticulture Research（2026年，文章编号uhag209，DOI：10.1093/hr/uhag209）。宋康康、赵一诺和徐赫为共同第一作者，杨龙为通讯作者。

研究形成了覆盖1108种植物的ABC基因家族分析成果，并建设PlantABC数据库（http://biodb.com.cn/PlantABC/index.html）。这些成果不仅为研究植物ABC转运蛋白家族起源、扩张及适应性演化提供了参考，也为后续植物抗逆性、物质转运及次生代谢相关功能基因的研究提供了线索和数据基础。

该案例体现了高性能计算支撑生命科学研究由单一物种分析走向跨谱系、规模化比较的价值。通过整合大规模生物信息学数据与计算分析能力，研究团队实现了从基因家族系统鉴定到进化规律解析、再到开放数据资源建设的研究延伸，为学校开展数据驱动的农业生物学研究提供了具有代表性的成果案例。

五、论文及成果信息

论文：Song K, Zhao Y, Xu H, et al. Large-scale identification and evolutionary analysis of ATP-binding cassette transporters in cross-lineage plant species. Horticulture Research. 2026: uhag209. DOI: 10.1093/hr/uhag209.

成果数据库：PlantABC，http://biodb.com.cn/PlantABC/index.html。