藍藻
他の原核生物と同様、藍藻は環状DNAからなるゲノムをもち、また本来のゲノムDNAに加えて、小さな環状DNA(プラスミド)をもつこともある。ただし一般的な原核生物とは異なり、多くの場合ゲノム(環状DNA分子)が複数コピー存在する。多くの藍藻でゲノム塩基配列が報告されており、特に Synechocystis sp. PCC 6803 は生物として4番目、酸素発生型光合成生物として初めてゲノムが解読された。知られているものの中では、ゲノムサイズは 1.7 - 9 Mbp(Mbp = 100万塩基対)ほどであり(さらにおそらく 15 Mbp に達するものもいる)、1,700–7,000個ほどの遺伝子をもつ。この中には、一部の真核生物のゲノムより大きく多数の遺伝子をもつものもいる。
藍藻は、真核藻類にくらべて形質転換など分子生物学的解析が比較的容易なものが多く、光合成研究などのモデル生物として広く用いられている。よく用いられる藍藻として、Synechocystis sp. PCC 6803(図13)、Thermosynechococcus elongatus、Synechococcus elongatus PCC 6301、Cyanothece sp. ATCC 51142、Anabaena sp. PCC7120、Nostoc punctiforme などがある(PCC, ATCC は微生物株保存機関の略号)。
この例では細胞の形態的分化は顕著ではないが、ネンジュモ目の藍藻は、異質細胞(heterocyte, ヘテロシスト heterocyst)とよばれる形態的にも極めて特殊化した窒素固定用の細胞を形成する(上図10b, 図12)。異質細胞は光化学系の一部を欠くため細胞内に酸素が発生せず、また酸素を通さない厚い細胞壁で囲まれている。隣接する栄養細胞と接する部分では、異質細胞の細胞質は極めて細くなっており、またその部分にはときに光学顕微鏡で確認できる程の大きなシアノフィシン顆粒(極節 polar nodule)が存在する(上図10b, 図12)。異質細胞で固定された窒素はグルタミンの形で隣接細胞へ輸送され、隣接細胞からはその材料であるグルタミン酸やエネルギー源である糖(窒素固定は大量のATPを消費する)が供給される。異質細胞は通常の栄養細胞から分化するが、種によってその位置や間隔はほぼ一定であり、重要な分類形質となっている。異質細胞が分泌するペプチドによって周囲の細胞が異質細胞になることが抑制され、これによって異質細胞の間隔が一定になる例が知られている。
糸状性 (filamentous) 5a. 無分枝糸状5b. 真分枝糸状 (Fischerella)5c. 無分枝糸状5d. 無分枝糸状 (異極性)5e. 偽分枝糸状5f. 真分枝糸状5g. 多列真分枝糸状
細胞が密接して列状に連なっているもの (上図5)。伝統的に、糸状性の藍藻において細胞列をトリコーム(細胞糸 trichome)、1本から複数のトリコームが共通の外被に包まれたものを糸状体 (filament) とよぶ。また多数のトリコームが共通の粘液質で包まれた巨視的な群体を形成するものもいる(例: ネンジュモ属、図6)。細胞が単列 (uniseriate) に並んでいるものが多いが、多列 (multiseriate) に並んでいるものもいる(例: スチゴネマ属 Stigonema)(上図5g)。トリコームの末端の細胞はふつう他の細胞とはやや異なる形をしており (上図1g)、特に先端が肥厚している場合はカリプトラ(頂冠 calyptra)とよばれる。一部の種では、トリコームが異極性を示す(上図5d)。例えばヒゲモ属 (Rivularia) などでは、トリコームの基部に異質細胞が存在し、トリコーム先端の細胞が細長く伸びている。
藍藻は、酸素発生型光合成を行う唯一の原核生物群である。藍藻は2種類の光化学系(光化学系IとII)をもつ点で、光合成を行う他の細菌(非酸素発生型光合成を行う)とは異なる。緑色硫黄細菌(クロロビウム門)やヘリオバクテリア(フィルミクテス門)は光化学系Iと相同な鉄硫黄型反応中心のみを、紅色細菌(プロテオバクテリア門)や緑色非硫黄細菌(クロロフレクサス門)は光化学系IIと相同なキノン型反応中心のみをもつ。直列した2種類の光化学系をもつことが、酸素発生型光合成(水を分解する)を可能にしていると考えられている。
知られている限り、全ての藍藻は好気環境下で酸素発生型光合成を行う。ただし、嫌気環境下で非酸素発生型光合成(光化学系Iを使用し、硫化水素を電子供与体として硫黄を生成)を行う例が知られている。また連続暗黒下でも、有機物を利用した従属栄養を行って生育可能な種(通性光独立栄養性)もいる。Synechocystis sp. PCC 6803 など従属栄養能をもつ藍藻は、光合成遺伝子の変異が致死的にならないため(光合成しなくても生きていける)、光合成研究のモデル生物として広く用いられている。またメタゲノム研究(海水などの環境から直接抽出したDNAをもとにしたゲノム解析)から、光合成能を含め代謝的に不完全(光化学系II、ルビスコ、クエン酸回路などの欠失)な藍藻 (UCYN-A, unicellular cyanobacteria group A) の存在が示されているが、これは他生物に共生して栄養的に依存して生きているものと考えられている。