破囊壶菌是一类重要的单细胞海洋类真菌原生生物,在海洋生态系统中起到不可忽视的作用。本论文基于基因组、转录组测序技术,利用生物信息学手段,从系统生物学的层面探究了破囊壶菌的基因组的特征,构建了基于18 rRNA和基因组的进化发育分析,并结合分子生物学实验分析了破囊壶菌有机质降解潜力和生物合成的分子机理,为破囊壶菌生态功能的研究和高附加值活性产物的工业化生产提供了理论支持。首先,本研究完成了 Aurantiochytrium sp.PKU#Mn4 和 Aurantiochytrium sp.PKU#SW8的高通量测序和单分子测序,通过混合组装获得了更为精细的基因组谱图,为今后破囊壶菌基因信息挖掘、基因操作提供了可靠的科学基础。其次,组学分析结果显示不同属破囊壶菌的生物合成能力不同,初步阐释了PUFAs合成相关基因在基因组、转录组中的情况。Aplanochytrium属倾向于合成饱和脂肪酸和聚糖类,而Aurantiochytrium和Schizochytrium属则更倾向于合成多不饱和脂肪酸。同时,破囊壶菌被证明存在新PUFAs合成机理的可能性,且发现了部分PKS核心基因可能参与了 PUFAs合成,为后续研究指明了方向。然后,基因组和转录组中碳水化合物激酶（CAZymes）结果显示,破囊壶菌的有机质降解潜力在不同种属中显著不同。Aurantiochytrium和Schizochytrium属几乎不具备降解环境有机质的能力,而Aplanochytrium属具备丰富而独特的糖苷水解酶家族,可以参与多种有机质降解。实验结果也表明,以PKU#Mn4为代表的Aurantiochytrium属,不具备分泌胞外酶,特别是纤维素酶的能力。最后,不同属的破囊壶菌在进化发育过程中形成了不同的生化特征,在基因层面上PUFAs、聚糖类、胞外酶等合成相关的酶类具有显著的差异表达。同一属破囊壶菌,如Aurantiochytrium属,会因生境隔离产生不同的生态型。综上,本论文的结果表明海洋中破囊壶菌存在两种生态型。一种高产PUFAs却不产生纤维素酶,作为高营养级浮游生物的膳食来源进入食物链;另一种具有降解海洋有机质能力,是海洋生态系统中不可或缺的分解者。这为今后全面评估破囊壶菌在海洋生态系统的作用提供了理论基础,而PUFAs等活性产物合成机理的探究也为其大规模发酵提供了机理指导。