人口的增长与环境的恶化是导致现今粮食短缺的主要原因,对于C3植物的改造使其具备C4植物高光合效率的特性是现今研究的热点。自上世纪70年代以来，C4工程尚没有取得突破性的进展。C4功能基因导入C3植物中等工作并没有达到预期的效果，所以阐释C3植物到C4植物的转化机理成为了我们不可回避的问题。黑藻(Hydrilla verticillata)是水鳖科(Hydrocharitaceae)的沉水植物，在外界CO2浓度降低时会引起其光合途径由C3型向C4型的改变，这种转化不需要植物产生新的叶片，而是在原有的背景下转化。同时黑藻的C4光合作用是不依赖Kranz结构的单细胞型C4，这为我们提供了一个非常好的研究材料。因此，黑藻的单细胞C4光合作用机理可能会成为我们将C3植物改造为C4植物的一个理论基础。本文通过设计黑藻光合途径转化方案，在处理过程中通过选取不同的时间点取材进行转录组的分析，研究黑藻在C3型光合途径向C4型光合途径转化过程中的分子机制。本文的结果为C3植物的改造提供了一些有价值的数据，具体结果如下：（1）成功建立黑藻培养体系；（2）成功完成了黑藻C3途径向C4途径的转化；（3）测量了转化前后黑藻的δ13C值；（4）进行了转化前后的RNA-seq分析，发现了899个差异表达基因，并且发现了72个与转化相关的转录因子；（5）通过KEGG分析发现，光系统I中psaD呈现下调趋势。在光系统II中psbA，PsbR， psbU，PsbY呈现上调的变化。细胞色素复合体中petC呈现下调的趋势；（6）发现了238个黑藻特有的与低CO2应答相关基因。（7）利用流式细胞技术，测量出了黑藻的相对基因组含量约为190Mb，这对于我们研究黑藻的进化地位提供了有效的数据，为黑藻的测序工程提供了数据参照，也为转录组的深度分析提供了便利。