浮游植物不仅在食物链中充当贡献者,也在全球碳循环、生态系统维持中扮演着重要角色。然而,一些浮游植物在某些条件下爆发性增殖或聚集,形成有害藻华,严重影响当地经济、海洋生态系统和人类健康。赤潮异弯藻是形成有害藻华的典型物种,目前诸多研究已从生理学层面阐述了该物种对环境变化的响应,但具体分子机制却鲜有报道。本研究利用实时荧光定量反转录PCR(qRT-PCR)技术,对不同培养条件下赤潮异弯藻的最适qRT-PCR内参基因进行了筛选和验证;运用18S rDNA条形码和宏转录组方法分别对该物种藻华形成过程的生物多样性变化、代表物种代谢通路调控进行了分析;结合实验室模拟培养实验,进一步探讨了赤潮异弯藻对营养盐和光周期变化的分子响应机制。主要研究结果如下:(1)归纳以往藻类qRT-PCR研究中内参基因的使用情况,选择10个高频使用的内参基因。基于常见的环境因子变化,在实验室条件下收集不同温度、不同光照、不同营养盐限制和昼夜周期不同时间点样品,对10个候选内参基因在这些样品中的表达进行qRT-PCR分析,利用geNorm和NormFinder软件对不同实验条件下最适内参基因进行评估。结果表明钙调蛋白(Cal)、β-微管蛋白(tub)、60S核糖体蛋白L17-2(rpL17-2)和L23(rpL23)是所有处理条件下最为稳定的内参基因。另外,通过对赤潮异弯藻1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(HrbcL)基因的昼夜周期表达分析,进一步验证了上述内参基因的稳定性。本研究筛选的内参基因将有助于该物种后续的基因表达分析,且该研究思路可应用到其它生物的内参基因筛选。(2)基于18S rDNA V4区的454高通量测序,比较分析了 2014年中国东海赤潮异弯藻藻华爆发前后环境中生物多样性的变化。结果表明在藻华形成过程中,生物多样性明显降低,赤潮异弯藻的相对丰度显著增高。其余不等鞭毛藻,尤其是硅藻的相对丰度随着藻华形成明显降低,表明硅藻的生长在赤潮异弯藻藻华形成过程中可能受到抑制。甲藻类群的相对丰度一直保持较高水平,且在藻华爆发后相对丰度略有升高。(3)基于宏转录组测序,比较研究了赤潮异弯藻藻华前后该物种和其它代表物种的转录组变化。藻华形成后,环境中的溶解无机磷浓度显著降低,而磷利用相关基因,如碱性磷酸酶和磷酸盐转运蛋白等基因表达水平显著升高;猎物识别及消化相关基因的上调表达,表明赤潮异弯藻的混合营养方式在藻华形成过程中可能起到重要作用;参与二氧化碳浓度机制的碳酸酐酶基因表达量升高,表明藻华形成过程中赤潮异弯藻的光合固碳效率也可能升高。而硅藻(中肋骨条藻)叶绿体核糖体蛋白、ATP合成酶和光合作用基因表达水平在藻华形成过程中却显著下调。除此之外,赤潮异弯藻光合作用、碳固定、DNA复制、三羧酸循环等通路的基因受到明显的光周期调控,这些结果表明在今后样品收集时一定要考虑昼夜周期调控对基因表达的影响。(4)比较研究赤潮异弯藻不同基因对环境变化的响应。赤潮异弯藻4个蓝光受体基因Aureochrome(Haaureo)在昼夜周期中呈现不同调控模式,其中Haaureo1呈现昼夜节律性表达,且当细胞转移至持续黑暗培养条件下时,基因表达的昼夜节律性完全消失,表明Haaureol基因表达水平完全受光周期调控,并可能节律性的调控下游基因表达:碱性磷酸酶和磷转运蛋白在磷限制条件下基因表达水平升高,表明赤潮异弯藻在磷限制条件下通过增强相关基因表达提高对环境中磷的利用;在氮限制条件下硝酸盐、铵盐和尿素的转运蛋白表达均显著上调,另外铵盐和尿素转运蛋白基因水平呈昼夜节律性波动(暗周期高度表达),这些结果表明赤潮异弯藻可广泛的利用环境中各种氮源,且暗周期的细胞下沉行为与营养摄取基因高表达可能增强了该物种对环境的适应;赤潮异弯藻细胞周期、DNA合成等相关基因呈明显的昼夜节律性,表明这些基因的时序性表达控制着细胞的分裂和增殖。