小球藻属种类是单细胞绿藻，广泛分布于各种水体和土壤表面。本实验室从南极分离到小球藻NJ-7株，其18S rRNA序列与来自温带的小球藻UTEX259(或SAG211-11b)完全相同。南极株NJ-7在4℃的生长速率显著高于温带株UTEX259，并具有更强的抗冻能力。HIC6是在小球藻中发现的有抗冻活性的LEA蛋白。为了探讨南极株抗冻的分子机理，本研究比较了其编码基因hiC6在两个藻株中组成的串联区在结构和表达上的差异，并通过全基因组测序和转录组测序初步分析了这两个株系之间在基因组和基因表达上的差异。　　 本文的主要研究内容和结果分为三个部分：　　 一、基因组cosmid文库和fosmid文库的构建构建了NJ-7和UTEX259基因组DNA的cosmid文库以及NJ-7基因组的fosmid文库。两个cosmid文库各有9000个克隆，插入片段平均长度约为40 kb，覆盖基因组9.4倍，覆盖率达到99.99％。NJ-7的fosmid文库有10000个克隆，插入片段平均长度约为36 kb，覆盖基因组9.4倍，可以用于NJ-7基因组的拼接。　　 二、两藻株间hiC6串联重复基因簇在结构和转录水平上的差异从NJ-7和UTEX259 cosmid文库分别筛选到一个含hiC6基因的克隆。在NJ-7中，有5个串联的hiC6(命名为NJ7hiC6-1，-2，-3，-4和-5)，在UTEX259中有4个串联的hiC6(命名为259hiC6-1，-2，-3和-4)。除了NJ7hiC6-3和-4之外，其他hiC6基因的编码区之间都有2-19个碱基的差别。通过RT-PCR和hiC6 cDNA克隆测序分析了各hiC6转录本的相对表达丰度。NJ7hiC6-2和259hiC6-2都几乎不表达，而UTEX259中的259hiC6-1和NJ-7中的NJ7hiC6-3/4在hiC6转录本中占的比例最大。这些结果表明，hiC6基因的串联多拷贝不仅仅是简单的基因复制过程，同时还伴随着基因的差异表达。此外，体外实验表明，HIC6蛋白异构体对乳酸脱氢酶的抗冻保护作用没有区别。　　 三、全基因组和转录组测序及初步分析对两株小球藻进行了全基因组测序，经拼接得到大小为38.5 Mb的NJ-7基因组和37.0 Mb的UTEX259基因组。对两个基因组进行基因预测，分别得到7087和8359个蛋白编码基因。通过对数据库进行相似性检索和蛋白功能结构域识别对预测的基因进行了注释，发现属于不同生物学过程和功能的基因数目在NJ-7和UTEX259中基本一致，但也存在一些显著差异。在全基因组范围内搜寻和预测LEA蛋白编码基因，NJ-7和UTEX259中分别得到25个和41个，其中14个LEA蛋白在两个藻株间是基本相同的(identity>90％)。对两个藻株进行了转录组测序和分析，发现NJ-7和UTEX259分别有96.27％和95.79％的基因检测到表达。两个藻株的整体表达状况相似，只有2％左右的基因表达水平较高(RPKM>200)。在5622个同源基因对中，在NJ-7中表达水平比UTEX259高5倍以上的有104个。　　 本研究的主要结论如下：　　 (1)抗冻蛋白基因hiC6在小球藻中以串联重复基因簇的形式存在，在南极株中比温带株中多一个拷贝，且不同拷贝之间的表达水平存在显著差异。　　 (2)小球藻南极株和温带株基因组大小分别为38.5和37.0Mb，二者基因组存在一定差异，其中一些基因在表达水平上存在显著差异；NJ-7和UTEX259中分别有25个和41个LEA蛋白基因，其中14个是两个藻株共有的。