聚球藻（Synechococcus）是全球海洋中最为丰富的微微型浮游生物之一，具有高度多样化的系统发育多样性。本研究首先在原位调查的视域下，研究了中国最大的内陆海（渤海）海域包括莱州湾、辽东湾、渤海湾、中央海盆及渤海海峡区域中各聚球藻谱系的生态位分化。研究结果发现，在渤海海峡区域，聚球藻S5.1的分支I、III和WPC1是优势类群；而在中央海盆和海湾区域中，S5.1的分支VIII、IX和HK1，以及S5.2和S5.3更为普遍。冗余分析（RDA）表明，无机氮浓度是影响它们原位分布的主要环境变量（p < 0.01）。本研究进一步对采自原位海峡和海湾地区的富集聚球藻样品进行了的氮梯度模拟实验，并进行了生理学、基因组学和转录组学分析。生理参数的测定结果表明，氮浓度的差异会对富集聚球藻样品的生长速率、PS II最大光化学量子效率（F_V/F_M）、氧增速率、碳酸酐酶活性以及包括叶绿素和藻胆蛋白在内的色素含量产生影响。特别是在添加中低铵盐浓度（1 μmol/L）和中高硝酸盐浓度（10 μmol/L）后，大部分生理指标出现了更为明显的变化。此外，随着样品中的氮条件的改变，聚球藻群落发生了演替现象，尤其是在操作分类单元（OTU）级别。相关性分析验证了部分OTU相对丰度与铵盐和硝酸盐浓度之间的显著相关性（p < 0.01），表明它们可能受到氮源变化的驱动。研究进一步对富集样品中的主要聚球藻藻株（BS56D和TMED90）的全长基因进行了基因组分析，并将氮梯度模拟实验后测得的宏转录组数据映射到它们的基因组中。基因表达特征分析结果表明，在不同的氮条件下，聚球藻与光合作用、捕光色素、固碳和氮代谢相关的代谢通路的表达模式与生理参数的变化之间存在一致性。此外，本研究的结果发现，不同聚球藻藻株利用谷氨酰胺合成酶（GS）-谷氨酸合成酶（GOGAT）途径，将无机氮同化为有机氮，并进一步合成富氮色素蛋白质的能力差异会影响它们的光合作用和固碳能力，这可能是原位聚球藻谱系受氮驱动的生态位分化背后的重要原因之一。总之，本研究提供了在人类活动导致的近海生态系统富营养化的背景下关于聚球藻谱系的生态分布及其分子机制的新见解。
 

微微型浮游生物,富营养化,氮,光合作用,基因组学,宏转录组学