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摘要蓝藻水华的频繁暴发不仅严重影响水质，破坏水生生态系统平衡，而且大多数水华蓝藻能产生毒素，对水生动物和人类健康产生重大危害。微囊藻水华是我国湖泊蓝藻水华主要类型，也是危害最大蓝藻水华之一。近年来国内对微囊藻的研究主要集中在生理生态学研究上，而关于微囊藻分子遗传学的研究成果则鲜有报道。<br>　　本研究分离纯化了来自太湖和滇池这两个我国典型富营养化湖泊的铜绿微囊藻藻株，并对其全基因组进行了测序和注释。通过比较基因组学分析研究及其防御系统进行了鉴定和描述，揭示了铜绿微囊藻作为水华优势种的分子遗传基础，并探讨了CRISPR-Cas系统在基因组进化和环境适应上的作用和意义。以下为本研究的主要成果和结论:<br>　　(1) TAIHU98和DIANCHI905的全基因组测序数据覆盖度高，拼接效果良好。与其它已经测序的微囊藻基因组相比，它们仅拥有不到70％共有的核酸序列和较差的基因组共线性，表明了微囊藻基因组丰富的遗传多样性。DIANCHI905的基因组具有完整基因簇，并能产生两种类型微囊藻毒素，而TAIHU98不产生微囊藻毒素，在其基因组中也没有发现任何藻毒素合成酶基因，因而属于不产毒微囊藻。两株微囊藻的全基因组测序填补了我国铜绿微囊藻水华优势种基因组的空白，尤其是TAIHU98作为首个不产毒株的基因组数据的公布，弥补了不产毒微囊藻遗传背景空缺，为研究太湖和滇池的微囊藻水花提供了基因组层面的数据支持。<br>　　(2)铜绿微囊藻拥有一个巨大的，开放的泛基因组，核心基因组约占到每个基因组大小的48.4％±4.6％。对藻株特有基因的相似性搜索结果显示它们很有可能来源于水平基因转移(HGT)，与其适应不同的环境有关。基于全基因组序列的挖掘显示微囊藻在次生代谢物合成上有巨大的潜力，共鉴定到了13种次生代谢物合成基因簇，其中3种为首次发现报道，其功能和产物有待进一步研究。mcy，mcn，aer，ana，mic，mdn，mca这7种广泛已知的基因簇在各微囊藻株中的分布是不均一的，非连锁的，这很可能暗示它们在进化上是相对独立的。<br>　　(3) CRISPR-Cas系统在微囊藻中呈现广、多、异的特点。在所有的微囊藻中一共鉴定到了71个CRISPR位点，且每一株微囊藻至少含有一个CRISPR位点。不同的微囊藻藻株拥有的CRISPR位点和Cas类型也各不相同，显示了其高度异质性。微囊藻中共存在四种类型的CAS蛋白簇和7种DirectRepeat家族。对微囊藻CRISPR中间隔序列的比对搜索不仅展现了这些微囊藻抵御已知病毒质粒等外来遗传物质入侵的历史，还展示了它们在自然环境中靶向更多的未知入侵者的潜力。<br>　　结论:全球性广泛分布的微囊藻既拥有高度基因组弹性，又维持着保守的核心基因组。我们的研究结果显示，它既能获得对其生存增殖有利的变异，又能通过复杂多样的防御系统限制外来遗传物质的入侵。因此维持基因组的稳定性和调节基因组的可塑性均是微囊藻基因组进化的重要策略，正是它们使得微囊藻拥有超强的适应力，而广泛分布于全球各种淡水水体中，并能迅速增殖成为浮游植物群落中优势种群。