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微藻作为一种光合自养低等水生植物具备高等植物所没有的繁殖速度快、生长周期短、油脂及蛋白含量高等特性,是“蓝色粮仓”优质生物资源,已广泛应用于功能农业及生物能源和环境治理等领域。素有“超级维生素E”之称的虾青素（Astaxanthin）作为一种次生类胡萝卜素具有良好的着色效果和重要的生物学功能,现已被广泛应用于水产养殖、食品工业、医疗卫生、化妆品及保健品等领域。雨生红球藻（Haematococcus pluvialis）属于单细胞真核绿藻,其响应外界胁迫（高光、强热及营养源缺乏等）高产虾青素（细胞干重3%-4%）,是目前已知虾青素含量最高的物种,被认为是天然虾青素的最佳“生产者”。同时,雨生红球藻响应外界胁迫也会大量累积三酰甘油（Triacylglycerol,TAG）形式的油脂。有趣的是,雨生红球藻中虾青素主要以酯化形式存储在富含三酰甘油的油体中,而游离虾青素含量仅占虾青素总含量的5%。尽管雨生红球藻响应外界胁迫高产虾青素和油脂的分子机制尚不完全清楚,但是大量研究表明:（1）雨生红球藻中虾青素的合成与油脂的积累存在相关性,前者的大量合成依赖于后者的积累;（2）TAG合成关键限速酶二酰甘油酰基转移酶（DGAT）在上述诱导过程中高表达,暗示参与上述生理过程;（3）DGAT在雨生红球藻中可能是一个同时催化TAG合成及虾青素酯化的双功能酶。DGAT功能已经在大量高等植物及一些微藻中被研究,但雨生红球藻中DGAT基因家族的鉴定及功能研究尚未见报道。因此,本文首先基于转录组数据对II型DGAT家族进行了鉴定及分析;然后,结合胁迫条件下虾青素和油脂的含量变化及II型DGAT家族成员的表达谱分析,揭示Hp DGAT2-2具有较强活性;其次,通过分子克隆方法获得Hp DGAT2-2基因ORF全长,利用酵母功能检测系统证明Hp DGAT2-2具有高效催化TAG合成的酶活性;最后,利用农杆菌介导烟草叶片瞬时表达体系探究了Hp DGAT2-2在高等植物组织中调控脂肪酸合成和油脂积累的潜能及应用价值。主要研究结果如下:1.分别将拟南芥（Arabidopsis thaliana）中At DGAT2序列及莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）中Cr DGAT2序列为Query探针从雨生红球藻的全基因组数据库中筛选得到5个Hp DGAT2基因,分别命名Hp DGAT2-1、Hp DGAT2-2、Hp DGAT2-3、Hp DGAT2-4和Hp DGAT2-5。通过生物信息学技术对其理化性质、高级结构以及系统进化关系进行分析。保守域分析表明这5个Hp DGAT2基因都含有DGAT2家族的保守功能域LPLAT,属于DGAT2家族;多序列比对及系统进化分析表明Hp DGAT2-2与已报道的具有较强油脂合成能力的莱茵衣藻（C.reinhardtii）Cr DGAT2B及小球藻（C.zofingiensis）Cz DGAT2E基因序列相似度极高,这表明Hp DGAT2-2基因可能具有较强的DGAT活性。2.高光及缺氮胁迫是诱导雨生红球藻虾青素和油脂积累的有效胁迫条件。本研究以正常培养的雨生红球藻为对照设定了高白光全氮（HLW）、高蓝光全氮（HLB）、1/4氮（1/4N）、高白光1/4氮（HLW-1/4N）及高蓝光1/4氮（HLB-1/4N）5组胁迫处理,并且对不同处理条件下雨生红球藻的生物量、虾青素含量、总脂含量以及5个Hp DGAT2基因的表达量进行了分析,结果表明总脂产量及虾青素产量从高到低依次为HLB-1/4N>HLW-1/4N>HLB>1/4N>HLW;此外,尽管胁迫条件下Hp DGAT2-1、Hp DGAT2-2及Hp DGAT2-4基因的表达量与胁迫时间呈正相关,但只有Hp DGAT2-2基因在5种胁迫条件下均有极高的表达量。3.为了再进一步鉴定Hp DGAT2-2基因的功能,本研究首先通过分子克隆技术获得Hp DGAT2-2编码序列全长,编码区全长1017bp,共编码338个氨基酸;其次,构建酵母表达载体并通过醋酸锂转化法将重组载体导入TAG缺陷型酵母菌株H1246中,尼罗红染色及薄层色谱（TLC）分析结果证明Hp DGAT2-2基因能催化TAG合成。酵母细胞总酯及脂肪酸成分分析结果表明转Hp DGAT2-2基因酵母在提高细胞中总脂含量的同时也提高了软脂酸（C16:0,190.2%）及油酸（C18:1,132.4%）的含量;然后,我们构建了Hp DGAT2-2基因的植物组成型表达载体,通过农杆菌介导目标基因在烟草叶片组织瞬时表达,检测目标基因表达叶片的总脂及油脂成分显示,总脂含量、C16:0及C18:1含量分别增加134%、113.5%及234.5%,表明Hp DGAT2-2基因同样可以在高等植物组织中行使功能。总之,本研究首次对雨生红球藻中DGAT2家族进行分析鉴定,且克隆得到高表达的DGAT2家族成员Hp DGAT2-2基因的编码序列,并且通过TAG缺陷型酵母异源表达及烟草瞬时表达体系验证了Hp DGAT2-2具有较强的DGAT活性,同时能改善TAG中脂肪酸的组成及含量。本研究为通过基因工程手段提高作物油脂产量及品质提供候选目的基因,同时也为雨生红球藻中虾青素酯化机制的研究提供理论基础。