盐藻是一种无细胞壁的单细胞真核绿藻，对多种环境胁迫有极强耐受性，能在含接近饱和的NaCl的培养液中生存，是迄今发现的最耐盐的真核生物之一，是一种研究植物抵抗逆境的模式生物。盐藻细胞的另一个显著特征是能合成大量的类胡萝卜素，尤其是β-胡萝卜素，是进行类胡萝卜素途径研究的良好材料。 碳酸酐酶是一种在几乎所有生物中都有存在的含锌的金属酶，催化CO2和HCO3-间的相互转换(CO2+H2O<->HCO3-+H+)。在高盐的情况下，CO2在水中的溶解度降低。研究表明，盐藻可以在高盐环境中CO2浓度很低的情况下，利用碳酸酐酶通过CO2浓缩机制使Rubisco附近的CO2增加，从而维持甚至增强光合作用。并且盐藻中的碳酸酐酶还表现出很强的盐耐受性。因此，碳酸酐酶在盐藻适应高盐的环境中发挥了重要作用。通过分析本实验室构建的盐藻在不同盐浓度下的数据库，获得了3个高丰度表达的碳酸酐酶cDNA，并分别命名为DvCA1，DvCA2，DvCA3。同时在基因组文库中得到了相应的基因组序列。 系统分析盐藻中的碳酸酐酶基因家族的三个基因，我们发现DvCA1编码一个大小为60kDa、包含两个碳酸酐酶结构域的蛋白。DvCA2编码一个大小为30kDa、只含有一个碳酸酐酶结构域的蛋白。而DvCA3编码一个大小为50kDa的蛋白，该蛋白除了在N端含有一个碳酸酐酶结构域，还包含一个长165个氨基酸的、与碳酸酐酶结构域无关的序列。DvCA1基因的两个碳酸酐酶结构域的一致性为50％，两个结构域之间有一个内含子，推测该基因的产生过程可能是一个CA结构域通过复制产生另外一个CA结构域，然后发生了基因融合。DvCA2和DvCA3基因在基因组上毗邻，但方向相反，在两个基因的上游、包含启动子在内的大约1.6 Kb的区段高度同源（同源度99.5％），因此推测DvCA2和DvCA3基因可能起源于两轮的基因复制。 我们通过实时荧光定量PCR首次对碳酸酐酶基因家族中的三个基因在不同盐胁迫下的表达进行分析。结果表明，三个碳酸酐酶基因的表达都随着盐浓度的升高而上升，表明这三个碳酸酐酶在高盐环境中对盐藻细胞的对CO2的吸收起重要作用。DvCA3（除了在3M）的表达量在三个碳酸酐酶基因中是最高的，表明它在盐藻的耐盐过程中相对于其它碳酸酐酶发挥了更为重要的作用。另外，当盐藻细胞经受从0.5M到1M NaCl的盐震荡处理后，三个碳酸酐酶的转录表达水平也受到高度诱导，并且它们的表达模式出现了分化。DvCA1在盐震荡6h后mRNA水平轻微上升，12h达到最高。而DvCA2和DvCA3的表达模式相同，它们在盐震荡6h后mRNA水平上升，36h达到最高。这可能与DvCA2和DvCA3在基因组结构上具有相同的上游调控区有关。 为了探讨DvCA1，DvCA2和DvCA3基因在植物基因工程中的应用，我们将三个碳酸酐酶基因构建到植物转化载体中，通过农杆菌介导的方法转化拟南芥，以期看到盐藻中的碳酸酐酶在高等植物中的作用。 另一方面，盐藻能合成大量的类胡萝卜素，特别是β-胡萝卜素。因此盐藻β-胡萝卜素代谢途径的关键酶一直是人们的关注点。我们从EST数据库中获得了β-胡萝卜素合成途径中的第一个关键基因DvPSY,它编码445个氨基酸。我们通过RT-PCR研究了DvPSY在不同盐浓度和“氮饥饿”条件下的转录表达情况，发现DvPSY在不同盐浓度条件下和缺氮的条件下，转录本表达水平没有明显的改变。此外，我们将DvPSY基因与嗜夏孢欧文氏菌中β-胡萝卜素合成途径中缺失掉CrtB（功能相当于DvPSY基因）的基因簇在大肠杆菌中进行功能互补，盐藻中的DvPSY与嗜夏孢欧文氏菌中-β胡萝卜素合成途径中的酶在大肠杆菌中可以形成有功能的多酶复合体。表明DvPSY是有功能的基因。