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随着工业化水平的不断提高和经济社会的飞速发展，水体富营养化及伴随的蓝藻水华问题日益严重。在我国，微囊藻水华是湖泊蓝藻水华的主要类型，其产生的毒素严重地危害水生动物和人类健康。微囊藻群体中所附生的细菌群落也对微囊藻生长和形成水华过程中起着重要的作用。微囊藻及微囊藻毒素的研究主要集中在生理生态学研究上，而关于微囊藻及其附生细菌的分子遗传学则研究得比较少。 本研究对分离自我国两个典型富营养化湖泊太湖和滇池的六株微囊藻及其附生细菌组成的微群落进行了测序，采用比较基因组学和宏基因组学手段进行研究，分析微囊藻种间在基因和次生代谢物层面的差异，揭示了微囊藻附生细菌的组成以及他们与微囊藻之间的相互作用的现象。主要研究成果和结论如下: 1.微囊藻基因组具有丰富的遗传多样性和高度的可塑性。对已经完成全基因组测序的26株微囊藻进行比较基因组分析，发现各微囊藻间平均核苷酸相似性都在95％以上。26株微囊藻基因组一共有1626个核心基因，并且在各微囊藻基因组内鉴定到了大量的非必需基因和特有基因。次生代谢物合成基因簇在各微囊藻中分布不均，有13株微囊藻具有完整的微囊藻毒素合成基因簇。 2.基于16S-ITS-23S rDNA和基于全基因组序列的系统发育分析显示两株惠氏微囊藻（Microcystis wesenbergii）种间基因组比较保守，平均核苷酸相似性达到98.5％。铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）、水华微囊藻（Microcystis flos-aquae）、片状微囊藻（Microcystis panniformis）等基因组在系统发育分类与形态学藻种分类存在差异。推测铜绿微囊藻M.aeruginosa NIES-44可能是一株惠氏微囊藻。基于组分矢量的CVTree和基于核心基因的系统发育树构建方法，相比于基于16S-ITS-23S rDNA的系统发育树，对种间和种内的亲缘关系与分类具有较高分辨力。 3.六个微群落样品中优势物种都为微囊藻，其紧密附生细菌主要有Rhizobium、Limnobacter、Brevundimonas、Rhodobacter、Porphyrobacter、Flavobacterium、Pseudoxanthomonas和Pseudomonas等属以及Sphingomonadaceae、Hyphomonadaceae科的细菌。其中Rhodobacter属和Hyphomonadaceae科的细菌仅在滇池的三株微群落中发现;Flavobacterium细菌仅在惠氏微囊藻微群落中发现;Brevundimonas细菌仅在水华和铜绿微囊藻中发现。本研究获得了大量高质量的基因组，包括六株微囊藻的基因组以及九株近乎完整的细菌基因组序列，其中水华微囊藻和惠氏微囊藻的基因组序列是该种内首次完成测序，大大丰富了环境基因组样本。 4.本论文讨论了微囊藻与其附生细菌之间的关系。功能聚类分析显示不同微囊藻藻株基因组功能在种内比种间更加相近，而微囊藻及其附生细菌组成的微群落的基因组功能分类与同湖泊的微群落更加相似。KEGG代谢通路分析显示在微环境内微囊藻与其附生的细菌在氮和硫的氧化还原代谢、脂肪酸的氧化代谢、维生素合成代谢以及有害物质降解代谢途径中，存在着物质循环、能量流动以及代谢互利互补现象，共同参与生物地球化学循环。 5.本研究构建了一系列高效的宏基因组拼接、组装、分箱、物种鉴定等分析方法，并且提出了一套严格的分箱基因组评估规则。此外本研究还开发了一款基因组组装软件PGAS，该软件使用第三代测序数据产生的长reads来进一步对二代数据拼接结果进行scaffolding和gaps填充。经过对照测试，PGAS无论是在模拟测试数据还是真实数据中都有很好的表现。 综上所述，本研究通过对微囊藻及其附生细菌的研究，为水华中微囊藻及其附生细菌的相互关系研究提供了新的视角。同时从生理、形态、功能以及代谢方面探讨了藻菌共生关系，将有助于揭开蓝藻水华的神秘面纱。