I. 黃果蠅paired-type homeobox基因OdsH的功能分析
種的界定可從生理生殖上、構造發育上、性行為上和形態學上的差異來判斷，當一個種在往分歧的方向進行時通常會有雜交後代的不孕或不能存活的個體產生、或是有生殖隔離、與明顯的形態學上的差異產生。Dobzhansky
(1937)和Muller
(1940)是最早嘗試解釋種化過程中所經歷的遺傳改變的兩位著名遺傳學者，他們提出造成生殖隔離的基因之間存在著強烈的遺傳交互作用(或稱為上位效應)
。調控基因座控制基因的表現，是研究基因間交互作用的良好指標，它們在身體構造上所扮演的重要角色在文獻上已有很多報導，只是在種分歧方面的研究則未有任何文章提及。我從對造成D.
simulans與D. mauritiana間雜交後代雄性不孕的基因，Odysseus
(OdsH)，的研究中發現，Odysseus是一個Homeobox 基因。大部分Homeobox
蛋白質在基因表現的調控機制裡扮演著重要的角色，據此來預測OdsH很可能具有基因調控的功能，應該是合理的推斷。為了瞭解調控基因同時在發育與種化(新種產生)兩方面的重要性，對OdsH在果蠅裡功能的詳盡分析是必要的，這也是本研究在未來三年內的重要目標。因此本計畫將利用(1)
RNA in situ hybridyzation和antibody
staining研究RNA和蛋白質的表現型式；(2)DNA序列分析和報導基因訂出OdsHpromoter的序列；(3)利用RNA
interference (RNAi)找尋突變的表現型，P mutagenesis建立OdsH的突變；(4)以P-element
transformation研究遺傳上的補救和特殊突變的影響。針對黃過果蠅裡OdsH 正常功能的研究能幫助我們瞭解調控上的改變對種分歧的影響，D.
simulans與D.
mauritiana雜交雄性後代不孕的遺傳機制。在另一方面，OdsH的表現與其他影響精子發育的基因調控之研究將會提供我們了解和OdsH基因調控相關的訊息傳遞機制。本研究最終的目標希望能把在種分歧的過程中，表現型和基因型上的改變做一個完整的聯結。
II. 果蠅 unc-4 同源基因的分子及功能分歧: 重覆基因促使種化
Ohno (1970)
指出基因複製後的分化在生物進化中扮演著重要的角色。一般也相信基因重複是提供新功能衍生的一個途徑，並進而導致種化。Force et al.
(1999) 由理論的推演及實驗的證據提出Duplication-Degeneration-Complimentation
(DDC)模式，他們強調在基因重複後sub-functionalization的可能性；Lynch and Force
(2000)更進一步嘗試以此一模式解釋種間的不親和性(interspecific
incompatibility)，他們的研究為基因重複造成種化的可能性建立了很好的理論基礎，不過並沒有很直接的實驗證據。在種間雜交雄性不孕的研究中，我發現了一個具有Homeodomain的蛋白質(命名為OdsH)是造成D.simulans和D.
mauritiana種間雜交後代雄性不孕的基因。
我從過去的研究中對OdsH在近緣種間的快速進化以及造成快速進化的機制已有深入的探討。從最近的研究中又發現離OdsH基因約20kb還有另外一個homeobox基因(unc-4)的存在。從DNA序列的分析得知OdsH和unc-4是一對重複基因，和OdsH在種間地快速進化相反的，unc-4的蛋白質序列有很高的保守性。因此OdsH/unc-4的基因重複提供一個研究分子進化及功能分歧的絕佳機會，並可以將基因重複和種化的關係加以連結。本研究將以OdsH/unc-4的基因重複為題，進行下列三個方向的研究：1.在果蠅屬中利用degenerate
PCR和genomic library
screening找尋unc-4的同源基因，並追朔基因重複的進化；2.利用比較基因組的方法找出unc-4同源基因的控制區，並且以reporter
gene的表現檢測控制區的功能。
III. 果蠅雄性生殖基因的分子演化 (Collaborated work)
由果蠅副腺基因Acp26Aa和造成種間雜交後代雄性不孕OdsH基因的研究中我們發現：胺基酸序列的取代速率不符合中性假說，進化速率很快。從DNA序列的分析結果顯示，促成這種快速演變的原因是由於正向選汰所造成的結果。這二種基因的研究再加上其他學者在形態、遺傳分化及雄性生殖基因方面的研究、觀察，雄性生殖相關基因的進化速率比其他類基因快，尤其是在近緣種間的比較上更為明顯。我們所感興趣的問題在於：為什麼雄性生殖相關的基因的進化速率較快？一個最可能解釋這個觀察的假說是性擇作用的結果。我們計畫利用已知D.
melanogaster整個基因組DNA序列的資料，收集D. melanogaster的同胞種D.
mauritiana的基因組DNA序列資料，以逢機選取的基因群及具精巢專一性（或在精巢表現較多）的基因群和D.
melanogaster同源基因的比較，檢測雄性生殖相關的基因的進化速率快的觀察之普遍性。並且以非同義取代率(Ka)及同義取代率(Ks)的比較，分析個別基因是否偏離中性假說。希望由此系統性的研究中回答：相對於和生殖無關的基因，是不是和雄性生殖有關基因的演變速率都較快？這種快速進化的現象是否為正向選汰作用的結果？除了非同義取代率及同義取代率的比較外，由調查中挑選種間差異性較大的基因，以族群遺傳學的角度，由族群內多態性和種間分歧分析比較、或是變異頻率圖譜分析也可以測試是否偏離中性假說。此外，從Acp26Aa和OdsH二個基因的研究也顯示D.
mauritiana在D. melanogaster種亞群中的分子進化速率較快，這很可能是所謂的支系效應。對整個D.
mauritiana基因組取樣的研究也可以測試支系效應的假說。最後，在D. simulans支系裡的三個同胞種（D.
mauritiana, D. sechellia, D. simulans）的親緣關係至今尚不明確，在D.
mauritiana基因組的取樣的資料中選取種間分歧度高的基因，分析D. simulans和D.
sechellia的同緣基因，也可探討種間親緣關係的分析。