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藻类作为地球上最早的生命，在地球环境的演化过程中扮演着重要的角色，同时为了适应各种生境也进化出了各种各样的功能，对这些进化机制进行深入的分析有助于人类了解生物进化的机理，从而促进人类自身更好的发展。本文分别以水华蓝藻优势种和极端环境中的嗜冷衣藻为研究对象，通过比较基因组分析这些藻类在环境适应过程中的进化机制。主要结果和结论如下: 1.本研究提取了水华束丝藻FACHB1039的基因组并进行了全基因组测序，拿到了4.68Gb的有效的Illumina数据，338Mb的454数据和184Mb的Pacbio数据，拼接后得到了85个框架序列，总碱基数5.96Mb，N50为183，017bp，GC含量为38.3％。在水华束丝藻FACHB1039的基因组框架序列中，用Prokka共预测到5516个蛋白编码基因和45个编码RNA的基因（包括一套rRNA基因和42个tRNA基因）。在这些蛋白编码基因中，3056个基因与已知功能的基因具有较高的相似性，而其余2460个基因功能未知。 2.本研究以蓝藻水华爆发时的四种优势蓝藻（鱼腥藻，束丝藻，拟柱胞藻和微囊藻）为研究对象，选取已测序的28株的基因组进行比较分析，通过ANI分析和blastp matrix分析，拟柱胞藻属的两株藻的基因组间高度保守，应同为纳氏拟柱胞藻，而鱼腥藻属的五株藻基因组间相似性最低，且ANI值均小于94％，故应归为五个不同的种。四种水华蓝藻均有较多的限制性修饰系统基因和CRISPR位点，说明它们均有较强的防御系统。 3.对四种水华蓝藻进行聚类分析，共得到2，697个直系同源组，其中1，313(48.7％)个同源组在四个属中保守存在，497(18.4％)个同源组在三个丝状蓝藻属（鱼腥藻属、束丝藻属和拟柱胞藻属）中保守存在。另外，鱼腥藻属、束丝藻属、拟柱胞藻属和微囊藻属特有的基因分别为2.1％，23.7％，16.6％和17.6％。在四个属中均保守存在的基因多与生命过程中细胞的基础功能和代谢相关，这类基因在进化过程中很少发生水平基因转移。三个丝状蓝藻属共有的同源基因多与固氮功能、异形胞形成、丝状体和细胞分化相关。四个属特有基因多位于细胞膜，多与转运活性（transporter activity）、刺激反应(response tostimulus)等有关，这些基因在与环境适应过程中发挥重要作用。 4.本研究对惠氏微囊藻T100及其附生细菌群落进行了宏基因组测序，共产生了9.95Gb的数据量，拼接后得到46112个框架序列，用本实验室的分类方法对拼接结果进行分类后，得到九个组分，其中优势物种为惠氏微囊藻，附生细菌为Flavobacterium, Limnobacter, Lacibacter, Agrobacterium, Pseudomonas和Methylobacterium等。在该微群落中，优势种惠氏微囊藻的基因组序列是该种内第一个测序的，共得到163个框架序列，总长4.19Mb，GC含量为43.06％。同时也得到了比较完整的Lacibacter属的基因组序列，这也是该属内第一个基因组序列，共3个框架序列，总长4.73Mb，GC含量为41.25％。 5.通过对惠氏微囊藻T100及其附生细菌群落进行功能分析，发现它们之间在某些代谢通路上存在互补现象，如在该藻菌微群落中Group5和Group6的共同作用下可以合成VB12，在Group3，Group5，Group6，Group8的协同作用可以将苯甲酸降解为乙酰辅酶A和琥珀酰辅酶A，附生细菌不仅为微囊藻提供必须的维生素，还能够消除周围环境中对微囊藻生长不利的因素，从而使微囊藻在条件适宜时迅速形成水华，同时产生更多的次级代谢物供附生细菌生长，这种互利关系有助于微囊藻和附生细菌在复杂的水体环境中更好的生存。 6.本研究以嗜冷衣藻（Chlamydomonas raudensis UWO241）和嗜温衣藻（Chlamydomonas raudensis SAG49.72）为研究对象，首次提取了二者的基因组并进行了测序，嗜冷衣藻拿到了10.12Gb的有效的Illumina数据和296Mb的454数据，嗜温衣藻拿到了6.66Gb的有效的Illumina数据和739Mb的454数据。嗜冷衣藻拼接得到了91157条contigs，序列总长为133.18Mb，其中最长的contig为185，468bp，N50为2，138bp，GC含量为59.69％。嗜温衣藻拼接得到了16382条contigs，序列总长为91.14Mb，其中最长的contig为326，233，N50为13，989，bp，GC含量为61.22％，可见其拼接效果要远好于嗜冷衣藻。 7.嗜冷衣藻共预测出了54112个基因，平均每2.5Kb一个基因，对该染色体预测出的基因以多外显子基因为主，占总基因的97.46％。嗜温衣藻共预测出了26462个基因，平均每3.4Kb一个基因，对该染色体预测出的基因以多外显子基因为主，占总基因的86.55％。二者共有的完整基因数目为1889个，嗜冷衣藻拥有较多与低温适应相关的基因。 藻类是地球上最重要的能进行光合放氧的生物，其分布范围极广，藻类对环境的适应是多种多样的，但究其根本，都是由遗传物质决定的。水华蓝藻优势种自身特性及其与附生细菌之间的互助关系使得其能在湖泊富营养化时形成水华。通过对两种不同生境下衣藻的全基因组比较分析，发现嗜冷衣藻拥有较多与细胞骨架、细胞外结构及能量产生和保存相关的基因，与其对南极低温环境适应有关。