太湖位于长江流域,是我国第三大淡水湖泊。随着工业化的发展和气候的变化,近年来太湖水体富营养化日趋严重,导致蓝藻聚集成藻块群体并形成水华,危害到水体系统的再生功能和环境生态。因此,为了有效的预防和控制蓝藻水华形成,需要对蓝藻及其群体形成的机制进行研究。在本研究中,借助高通量测序技术,全面解读了太湖中主要蓝藻物种的基因组序列。此外,以蓝藻藻块为直接研究对象,对群体微生物群落结构进行了分析和解读,构建了群体参考基因集,并在此基础上对蓝藻细胞聚集和群体形成的成因进行解释。本研究中主要的结果和结论包括:(1)基于第三代测序技术,测序并组装出了 5.69Mb的片状微囊藻(Microcystis panniformis FACHB1757)和4.76Mb的水华长孢藻(Dolichospermum flos-aquae CHAB1629)的完整基因组序列。其中,片状微囊藻基因组还含有一个长度为39 kb的质粒。通过与微囊藻属的模式物种铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa NIES843)全基因组序列的比较组学分析,发现M panniformis FACHB1757基因组序列发生了大量的重排。通过全基因组进化树构建,发现与D.flos-aquae CHAB1629最为近源的物种是卷曲长孢藻AWQC131C,两者全基因组蛋白序列极为相似。(2)结合16SrRNA基因扩增子测序,第二代高通量测序和第三代单分子测序,对太湖野外直接采集的和采集后经过实验室纯培养的水华长孢藻群体样本进行物种和功能组成的分析比较。在野外环境下,除长孢藻外的细菌多样性更高,但丰度相对较低。在实验室群体样本中,组装出四个附生细菌菌株的近全基因组序列,并进行了物种株系鉴定、蛋白编码序列预测和功能注释。以水华长孢藻CHAB1629全基因组序列为参考,鉴定出野外样本中35种共计23,944个单核苷酸多态性变异;在实验室群体样本中,仅有18种33个相关突变,说明其基因组在稳定环境中,序列相对保守。(3)观测一年中三月份到九月份的太湖蓝藻群体形成情况,并在不同位置采集相关样本。通过16SrRNA基因扩增子测序,对主要水华种类长孢藻和微囊藻,及两者的演替过程中群体微生物物种组成进行统计和分析。除蓝藻外,群体中主要细菌类群分布在变形菌门和拟杆菌门,在部分样本中,芽单胞菌门和疣微菌门比例可达十分之一左右。根据不同物种的丰度变化,对蓝藻与其附生细菌之间相关性进行计算,变形菌门和绿弯菌门细菌与蓝藻具有强正相关性。从三月份到九月份,大部分样本之间多样性水平比较类似,其中存在部分藻类死亡的样本中细菌多样性最高。(4)通过宏基因组测序,构建太湖不同季节蓝藻群体样本的参考宏基因组和基因集。根据GC含量及深度分布统计发现,大多数序列深度在20乘以下。从三月份到九月份,随着时间推移,太湖中主要蓝藻群体从长孢藻属向微囊藻属演替,平均蛋白序列长度也逐渐增加。通过功能注释,大部分样本基因中已知比例在60%左右。根据太湖中测量的氨氮变化及采集的蓝藻群体宏基因组中氮代谢通路中基因丰度变化,发现太湖中蓝藻繁殖所需的氨氮来源于富营养化湖水,自身固氮及附生细菌的还原作用。