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Chlorella protothecoides既可以自养生长也可以异养生长，异养细胞油脂含量达到50%，同时细胞密度可提高20倍以上。C. protothecoides的高产油特性使其适宜于制备生物柴油。为建立C. protothecoides分子研究平台并探索进一步提高微藻产油率的方法，本研究在优化微藻培养生产生物柴油的基础上，进行C.protothecoides基因组测序并对自养和异养藻的全蛋白做差异表达分析。全基因组测序采用Solexa Paird-End、Solexa Mate-Pair和454三种方法，过滤后序列的总覆盖度为120x。最终拼装得到406个Scaffold，N50为24，全长22.9Mb。显示三个主要的特点：第一，基因组小，基因组比近缘藻Chlorella variabilisNC64A小一倍，基因数目7,039，在已测序绿藻中最少。第二，发现一类在小球藻属及近缘藻中独立进化而来的编码己糖转运蛋白的基因，C. protothecoides中有三个，可能参与异养细胞对糖信号的感应及葡萄糖的吸收。第三，C. protothecoides是唯一缺少编码硝酸盐转运蛋白基因的真核绿藻，但编码氨基酸转运蛋白的基因很丰富，显示出对不同氮源的偏好性。对自养和异养C. protothecoides的全细胞蛋白做质谱鉴定，共鉴定到1,931个蛋白，占总预测蛋白的27.4%，其中异养细胞上调蛋白206个，下调288个。对差异表达蛋白的功能分析显示出代谢通路的变化，糖酵解、TCA循环和脂肪合成过程均增强，光合作用和碳固定显著降低。首先，说明异养细胞的能量来源从光合磷酸化转变为氧化磷酸化；其次，糖酵解的酶成为异养细胞含量最高的蛋白，较高的糖酵解能力为脂肪酸的合成提供前体物质，而脂肪合成的酶上调为导致油脂积累的直接原因。另外，发现异养状态下脱落酸（ABA）信号转导蛋白表达上调，说明ABA在异养细胞中起到很重要的调控作用。本研究建立了C. protothecoides的基因组和蛋白质组数据库，为分子研究奠定了基础。同时，揭示出C. protothecoides基因组的特点并阐述异养细胞代谢途径的变化及脂肪积累的机理，分析得到一些可能的调控蛋白及信号，为进一步研究微藻产油的机制提供了新的思路。