目前地球大气中的CO2含量约0.04%。为了将环境中如此低浓度的CO2富集在叶绿体中Rubisco（核酮糖-2-磷酸羧化氧化酶）的周围，从而进行高效的光合作用，自养生物进化出了形形色色的CCM系统，在细胞代谢网络中主动地供应或回收无机碳分子。因此，CCM系统蕴含着挖掘和改造微藻细胞工厂固碳能力的奥妙。
微拟球藻（Nannochloropsis spp.）是一种可利用海水或淡水、在室外大规模培养的工业微藻，具有生长速度快、油脂含量高、合成EPA等高值不饱和脂肪酸等优点，因此已经成为工业产油微藻分子育种的主要研究体系之一，也支撑着国内外许多微藻规模固定二氧化碳的示范工程。
单细胞中心魏力与德国鲁尔大学Mohamed El Hajjami等合作，综合运用条件序列和时间序列的转录组、蛋白组和代谢组等系统生物学手段，全面解析了海洋微拟球藻（N. oceanica）在低碳条件下特异性启动的基因群体和代谢模块，从而揭示了全局性的CCM系统结构蓝图。研究发现，在微拟球藻细胞的固碳体系中，至少存在三种CCM的特征，包括以碳酸酐酶和碳酸氢盐转运体为主导的生物物理CCM、类似高等植物C4光合固碳途径的生物化学CCM，以及以线粒体碳酸酐酶和呼吸链为主的本底CCM。而且支撑这些特征的具体机制，与实验室模式真核微藻如莱茵衣藻（绿藻）和三角褐指藻（硅藻）等相比，具有相当显著乃至让人惊异的差异。这些全基因组水平的发现，为在工业产油微藻中系统性地设计和构建“超级二氧化碳固定模块”奠定了基础。
