孢囊是甲藻在其生活史某个阶段所形成的不动细胞,孢囊可分为休眠孢囊和薄壁孢囊。薄壁孢囊细胞壁较薄,没有强制性休眠期,又称为暂时性孢囊。薄壁孢囊可经无性生殖或有性生殖形成,是甲藻生活史的重要组成部分。薄壁孢囊能够度过不良环境和抵御捕食者的摄食,在甲藻赤潮动力学中发挥着重要作用,具有重要的生物学和生态学意义。虽然薄壁孢囊在实验室和自然环境中经常可见,并可在短时间内萌发,但薄壁孢囊的形成与萌发的分子调控机制尚不清楚。锥状斯氏藻是世界广布性近岸赤潮甲藻,也是我国南海海域常见的优势甲藻,薄壁孢囊的形成与萌发是其藻华形成与消亡的重要原因。本研究以重要赤潮甲藻锥状斯氏藻为研究对象,对锥状斯氏藻不同生长时期（迟滞生长期、对数生长期、稳定生长期和衰亡期）进行转录组测序,以揭示藻细胞生长过程中的基因表达差异,从分子角度阐释锥状斯氏藻藻华动态。同时在低温黑暗下诱导锥状斯氏藻形成薄壁孢囊,并分析孢囊形成和萌发过程中转录组及代谢组变化,以揭示薄壁孢囊形成与萌发的分子和代谢调控机制。主要结果如下:（1）锥状斯氏藻不同生长时期基因表达发生明显变化。在迟滞生长期,有高达85个参与光合作用、碳水化合物代谢和氧化磷酸化的基因表达明显低于对数生长期,说明迟滞生长期较低的细胞代谢活性。而稳定生长期和衰亡期基因表达呈现出相同规律,大部分光合作用基因表达与对数生长期无明显变化;但碳水化合物代谢和氧化磷酸化相关基因表达明显上调,其中包括编码关键限速酶如磷酸果糖激酶、丙酮酸脱氢酶复合体、柠檬酸合成酶的基因以及编码线粒体电子传递各组分的基因,说明在生长后期藻细胞通过产生大量能量维持细胞活性及保持细胞稳态。同时许多参与内吞作用的基因特别是编码AP-2和网格蛋白的基因,在稳定生长期和衰亡期表达明显上调,预示着藻细胞向混合营养型转变,能量代谢基因以及内吞作用基因表达增强在藻细胞生长以及藻华维持方面可能发挥着重要作用。（2）相对于对数生长期营养细胞,低温黑暗处理2小时仅有2个差异表达基因（DEGs）表达上调,其中只有一个得到功能注释（casein kinase 1-like protein11）,该基因参与细胞信号转导,并在低温黑暗处理5小时后以及薄壁孢囊中表达持续上调。低温黑暗处理5小时,锥状斯氏藻转录组发生明显变化,3,701个DEGs中约98%表达上调,大部分糖酵解、TCA循环、脂肪酸β氧化和氧化磷酸化等细胞代谢过程相关基因表现为上调,这些基因的上调可为藻细胞提供能量以抵御低温胁迫,并为孢囊形成做好物质和能量准备。（3）而薄壁孢囊形成后,基因表达变化也十分明显,但大部分表现为下调,在3,870个DEGs中有78%表达下调。参与光合作用以及细胞代谢相关基因特别是与能量产生相关基因表达显著下调,而与糖类、脂类等储存物质合成的相关基因则表达上调,说明孢囊形成后,光合作用和细胞代谢活性下降,而碳水化合物合成积累增加以用于休眠和萌发。同时薄壁孢囊形成过程中有64个参与信号转导基因表达发生明显变化,特别是编码磷脂酶C和Ca2+转运的基因表达明显上调,表明信号转导可能在低温诱导薄壁孢囊形成过程中具有一定作用。（4）相对于薄壁孢囊,其萌发培养过程中差异表达基因主要表现为上调,萌发培养5小时,1,978个DEGs中有1,715个表达上调;萌发培养10小时,1,997个DEGs中有1,900个表达上调。参与光合作用基因表达明显上调,说明光合作用功能逐渐恢复;同时与碳水化合物代谢和氧化磷酸化等细胞代谢过程相关的多个基因表达上调,其中包括编码关键酶类的基因如磷酸果糖激酶、丙酮酸脱氢酶复合体、柠檬酸合成酶和ATPase subunitβ等。结果说明薄壁孢囊通过储存物质的氧化分解产生能量,同时利用代谢中间产物合成酶和蛋白质,为孢囊萌发做准备。（5）对锥状斯氏藻营养细胞以及薄壁孢囊形成与萌发过程进行非靶向代谢组分析,在正离子和负离子模式下分别得到1,671和1,794个分子特征,其中分别有301和172个分子得到注释,通过统计分析发现薄壁孢囊形成与萌发过程中代谢物发生显著变化。以对数生长期营养细胞为对照组,低温黑暗处理5小时,分析得到18个差异代谢物,其中15个含量上升。而薄壁孢囊形成后,代谢组变化更为显著,共有142个差异代谢物,其中89个含量上升,53个含量下降。与刚形成的薄壁孢囊相比,萌发培养后的薄壁孢囊代谢组差异明显,萌发培养5小时和10小时分析得到149和106个差异代谢物。（6）结合转录组和代谢组研究结果,低温黑暗处理诱导薄壁孢囊形成过程中,编码多糖降解的基因表达上调,同时代谢物中低分子糖类、磷酸肌酸含量均上升,而油酸含量下降。结果表明在低温诱导薄壁孢囊形成过程中,藻细胞通过多糖和脂肪酸降解产生能量和低分子糖类以抵御低温胁迫。而薄壁孢囊形成后,编码纤维素酶、α-淀粉酶、蔗糖转运蛋白、脂肪酸去饱和酶和氨基酸合成酶基因表达明显上调,同时薄壁孢囊中低分子糖类以及多种不饱和脂肪酸和氨基酸含量显著上升,为孢囊萌发提供能量和物质基础。孢囊萌发培养过程与碳水化合物代谢和氧化磷酸化等细胞代谢过程相关的基因表达上调,低分子糖类、大部分不饱和脂肪酸以及氨基酸含量呈下降趋势,说明储存物质的氧化分解为薄壁孢囊萌发提供重要的物质和能量基础。