海洋单细胞蓝藻是世界上最原始的光合自养型原核生物,是全球碳循环的主要参与者和初级生产力的主要贡献者之一,其中以原绿球藻和聚球藻为典型代表。本研究中,我们使用比较基因组学手段深入探讨了多个具有代表性的亲缘关系较近的海洋单细胞蓝藻同义密码子使用偏好方式,揭示了影响同义密码子使用方式差异的因为,并且比较了原绿球藻和聚球藻进化速率之间的差异分析两者在进化压力上的不同。同时,我们还在两大类蓝藻中检测到了多个与环境适应相关正选择的基因。　　 目的:　　 1.计算各个海洋单细胞蓝藻的最优密码子,比较分析原绿球藻和聚球藻在同义密码子使用偏好方式上的差异,并揭示两者引起同义密码子使用不同的因为；　　 2.用比较基因组学手段分析两类蓝藻的进化速率差异,并且分析他们在进化压力上的不同；　　 3.检测两类蓝藻中经历正选择的基因,并分析适应性进化与蓝藻生存环境之间的关系。　　 方法：　　 1.将22个海洋单细胞蓝藻基因组从IMG数据库上下载,并自己编写perl脚本对其进行处理,用OrthoMCL软件确定直系同源关系基因簇。首先将具有直系同源关系的氨基酸序列使用Clustalw程序进行多序列比较,再使用EMBOSS软件将基因序列按照其相应的氨基酸序列空位方式进行比对,得到1113个同源基因簇。　　 2.提取基因组中的16sRNA序列,使用MEGA4.0软件,采用距离邻接法建立系统发育树。　　 3.通过codonW及perl脚本,分析22个海洋单细胞蓝藻直系同源基因的密码子使用方式,计算RSCU、ENc、CAI、CBI、Fop和GC3s等值,并确定各个物种的最优密码子。　　 4.分析两类海洋单细胞蓝藻密码子使用方式不同的因为。　　 5.使用PAML软件包对22个蓝藻基因组进行dNds计算,分析他们的进化速率及进行正选择检验,并使用COG对经历了正选择的基因进行功能注释。　　 结果：　　 1.通过对两类蓝藻密码子使用分析,我们发现他们的密码子使用方式差异非常大。在原绿球藻中精氨酸(Arg)、亮氨酸(Leu)、缬氨酸(Val)、苏氨酸(Thr)、丝氨酸(Ser)、脯氨酸(Pro)、异亮氨酸(Ile)、甘氨酸(Gly)及谷氨酸(Glu)等氨基酸均偏好使用AGA、UUA、GUU、ACU、CCA、UCA、UCU、AUU、GGU及CAA等密码子编码；而在聚球藻中,这些氨基酸则更喜欢使用CGC、CUG、GUG、ACC、CCC、AGC、AUA、GGC以及CAG等密码子。而且聚球藻偏好使用最优密码子,而原绿球藻则更使用的较少。　　 2.通过对两类蓝藻密码子使用影响因素的分析,我们发现导致两类蓝藻密码子使用方式不同的因为并不一致。原绿球藻主要由于基因组组成和突变的作用,而聚球藻则更多是受选择作用的影响。　　 3.通过比较基因组学分析,我们发现两类蓝藻的进化速率并不一致,聚球藻进化速率明显快于原绿球藻。而且聚球藻中有66个基因检测到了正选择信号,而在原绿球藻中只发现了63个。　　 结论：　　 本研究中我们通过比较基因组学方法首次系统而深入的对两类海洋单细胞蓝藻进行密码子偏好使用分析和进化机制及适应性进化研究,发现尽管他们亲缘关系非常相近,但是他们的密码子使用方式差异非常大,而且导致他们密码子使用方式不同的因为也各不相同,原绿球藻密码子使用主要受基因组组成限制和突变作用,而聚球藻则受选择作用更大。同时,对进化速率的分析,我们发现两类藻在进化分歧后,聚球藻的进化速率明显要快于原绿球藻。此外,通过适应性进化分析发现两类蓝藻中有多个基因发生了适应性进化,这与他们生存的环境和面临的进化压力有着密切的关系。