通过高通量测序技术扫查癌基因组体细胞突变，已经发现了数以千计的癌相关突变基因，为系统揭示癌症的发生与发展机制提供了大量数据。有证据表明，参与不同通路的多个突变基因之间的相互协作提供了癌细胞的生长优势。然而，在目前的癌症研究中，突变基因间的这种功能协作关系尚未被系统地研究。在本论文中，利用4种癌型（胶质母细胞瘤，乳腺癌，结肠癌，胰腺癌）的全基因组体细胞突变谱，我们系统地证明了在癌样本中显著共突变的基因对倾向于分布在通路间而不是通路内。我们将通路间具有显著多的共突变基因对的通路对定义为通路间模型，然后在蛋白质互作网络上搜索与共突变通路对密切互作的基因，定义为通路间枢纽基因。我们发现通路间枢纽基因的突变也能同时扰动一对通路，为理解癌症发生的遗传异质性及功能协同机制提供了新线索。癌基因组突变谱具有稀疏的特征，直接在基因层面分析突变基因之间的共突变关系的统计效能很低。因此，我们提出了基于通路的打分方法来识别其突变显著相关的通路对，以研究致癌过程中突变基因间的功能协作关系。我们将此方法应用于肺腺癌突变谱，有效地识别出了许多显著共突变的通路对。基于癌症的发生需要少数几个基本功能广泛协作的假设，我们将共突变通路聚类成共突变超通路，并证实这些超通路在DNA拷贝数改变谱中也被显著地共同扰动。然后，基于通路间非随机共突变关系，我们提出了新的鉴定候选癌基因的方法。据此方法，我们利用肺腺癌突变谱数据发现了4个新的候选癌基因，分别是ROBO2、PAK3、EPHA5和PRKACB。通过文献搜索，我们发现这些候选癌基因与癌症密切相关。最后，考虑到目前很多突变基因尚缺乏功能注释，我们提出了在人类蛋白质互作网络中搜索显著共突变的功能模块的分析方法。基于功能模块可能是通路片段的假设，我们将共突变模块组装成通路，形成共突变通路对。我们定义同时注释在一对通路里的基因为多功能基因,并证实它们的突变也能够同时扰动一对通路。总之，本论文的方法及结果有助于进一步探索在癌症发生与发展过程中分子改变的功能协同机制，并为探索癌症的遗传异质性提供新的线索。