小球藻属（Auxenochlorella spp.）作为二倍体产油绿藻，其基因组精简且易于通过同源重组进行操作，是发现性研究与生物工程应用的理想材料。该属营养二倍体生物会发生多种特定进化现象，包括异源二倍体杂交、有丝分裂重组、杂合性丢失及非整倍体等，不过目前对这些现象的研究主要集中在酵母领域，小球藻属相关研究仍较为匮乏。
本研究完成了小球藻UTEX 250-A（单倍体基因组长度22 Mb）的端粒到端粒相位二倍体基因组组装，并开发了一套适用于多个菌株核基因组位点特异性操作的遗传工具包。该工具包包含多种选择标记、诱导型启动子以及用于蛋白质定位的荧光报告基因，为后续基因操作研究提供了有力支撑。
研究发现，UTEX 250-A是原始小球藻（Auxenochlorella protothecoides）与共生球藻（Auxenochlorella symbiontica）的异源二倍体杂交种，两个亲本物种的分化主要源于广泛的染色体重排。UTEX 250-A的单倍型是两个亲本物种经有丝分裂重组形成的嵌合体，且其中两条染色体为三体。此外，杂合性缺失事件在小球藻属中普遍存在，且在实验室条件下可快速进化。
高质量的基因组结构注释显示，UTEX 250-A每个单倍型包含约7500个基因。小球藻属在进化过程中发生了基因家族的丢失与减少，其中包括核心光合作用基因；同时，其启动子和基因体上分别表现出周期性的腺嘌呤和胞嘧啶甲基化特征。约10%的基因（尤其是参与DNA修复和生殖过程的基因）与反义长链非编码RNA重叠，这些RNA可能参与相关基因的调控机制。
为验证小球藻在基础研究中的实用性，研究人员通过敲除叶绿素生物合成酶开展相关实验，并借助等位基因特异性转化证实了该菌株的三体现象。综上，本研究证实了与营养二倍体相关的多种进化力量的普遍性，不仅丰富了小球藻属的进化基因组学研究，也为其作为参考生物应用于后续基础研究和生物工程领域奠定了坚实基础。
原文链接： Targeted genetic manipulation and yeast-like evolutionary genomics in the green alga Auxenochlorella
