Chlamydomonas reinhardtii is a unicellular green alga whose lineage diverged from land plants over 1 billion years ago. It is a model system for studying chloroplast-based photosynthesis, as well as the structure, assembly, and function of eukaryotic flagella (cilia), which were inherited from the common ancestor of plants and animals, but lost in land plants. We sequenced the ∼120-megabase nuclear genome of Chlamydomonas and performed comparative phylogenomic analyses, identifying genes encoding uncharacterized proteins that are likely associated with the function and biogenesis of chloroplasts or eukaryotic flagella. Analyses of the Chlamydomonas genome advance our understanding of the ancestral eukaryotic cell, reveal previously unknown genes associated with photosynthetic and flagellar functions, and establish links between ciliopathy and the composition and function of flagella.

Abstract The freshwater alga Chlorella , a highly productive source of starch, might substitute for starch‐rich terrestrial plants in bioethanol production. The cultivation conditions necessary for maximizing starch content in Chlorella biomass, generated in outdoor scale‐up solar photobioreactors, are described. The most important factor that can affect the rate of starch synthesis, and its accumulation, is mean illumination resulting from a combination of biomass concentration and incident light intensity. While 8.5% DW of starch was attained at a mean light intensity of 215 µmol/(m 2 s 1 ), 40% of DW was synthesized at a mean light intensity 330 µmol/(m 2 s 1 ). Another important factor is the phase of the cell cycle. The content of starch was highest (45% of DW) prior to cell division, but during the course of division, its cellular level rapidly decreased to about 13% of DW in cells grown in light, or to about 4% in those kept in the dark during the division phase. To produce biomass with high starch content, it is necessary to suppress cell division events, but not to disturb synthesis of starch in the chloroplast. The addition of cycloheximide (1 mg/L), a specific inhibitor of cytoplasmic protein synthesis, and the effect of element limitation (nitrogen, sulfur, phosphorus) were tested. The majority of the experiments were carried out in laboratory‐scale photobioreactors, where culture treatments increased starch content to up to about 60% of DW in the case of cycloheximide inhibition or sulfur limitation. When the cells were limited by phosphorus or nitrogen supply, the cellular starch content increased to 55% or 38% of DW, respectively, however, after about 20 h, growth of the cultures stopped producing starch, and the content of starch again decreased. Sulfur limited and cycloheximide‐treated cells maintained a high content of starch (60% of DW) for up to 2 days. Sulfur limitation, the most appropriate treatment for scaled‐up culture of starch‐enriched biomass, was carried out in an outdoor pilot‐scale experiment. After 120 h of growth in complete mineral medium, during which time the starch content reached around 18% of DW, sulfur limitation increased the starch content to 50% of DW. Biotechnol. Bioeng. 2011; 108:766–776. © 2010 Wiley Periodicals, Inc.

Abstract The structural challenges faced by eukaryotic cells through the cell cycle are key for understanding cell viability and proliferation. In this study, we tested the hypothesis that the biosynthesis of structural lipids is linked to the cell cycle. If true, this would suggest that the cell’s structure would form part the control of the cell cycle. Lipidomics ( 31 P NMR and MS), proteomics (Western immunoblotting) and transcriptomics (RT-qPCR) techniques were used to profile the lipid fraction and characterise aspects of its metabolism at seven stages of the cell cycle of the model eukaryote, Desmodesmus quadricauda . We found considerable, transient increases in the abundance of phosphatidylethanolamine during the G 1 phase (+35%, ethanolamine phosphate cytidylyltransferase increased 2·5×) and phosphatidylglycerol over the G 1 /pre-replication phase boundary (+100%, phosphatidylglycerol synthase increased 22×). The relative abundance of phosphatidylcholine fell by ~35% during the G 1 . N -Methyl transferases for the conversion of phosphatidylethanolamine into phosphatidylcholine were not found in the de novo transcriptome profile, though a choline phosphate transferase was found, suggesting that the Kennedy pathway is the principal route for the synthesis of PC. The fatty acid profiles of the four most abundant lipids suggested that these lipids were not generally converted between one another. The relative abundance of both phosphatidylinositol and its synthase remained constant despite an eightfold increase in cell volume. We conclude that the biosynthesis of the three most abundant structural phospholipids is linked to the cell cycle in D. quadricauda .