現(xiàn)場藻華爆發(fā)期間東海原甲藻細胞周期定量蛋白質(zhì)組學研究.pdf

1、東海原甲藻（Prorocentrum donghaiense）是中國近海主要有害藻華種，幾乎每年都會引發(fā)大規(guī)模的有害藻華，對海洋生態(tài)系統(tǒng)、海洋生物資源和水產(chǎn)養(yǎng)殖造成了嚴重威脅，并且影響公眾健康。盡管目前對東海原甲藻藻華形成的海洋學和生態(tài)學機制開展了大量研究，但對現(xiàn)場藻華形成過程中東海原甲藻細胞生長調(diào)控的分子機制知之甚少。
　　本論文以現(xiàn)場東海原甲藻藻華為研究對象，運用基于質(zhì)譜的定量蛋白質(zhì)組學技術(shù)-iTRAQ（isobaric ta

2、gs for relative and absolute quantitation）技術(shù)，并結(jié)合相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，比較研究了現(xiàn)場藻華細胞不同細胞周期時相的蛋白質(zhì)表達譜，確認、鑒定了差異表達蛋白，分析了細胞周期進程中重要功能蛋白的差異表達及其參與的生物學過程，從蛋白質(zhì)組角度探討了現(xiàn)場甲藻細胞周期調(diào)控機理和藻華爆發(fā)的分子機制。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)光學顯微鏡和浮游植物色素表征結(jié)果表明，藻華爆發(fā)現(xiàn)場的主要物種為東海原甲藻。藻華現(xiàn)

3、場與實驗室培養(yǎng)的東海原甲藻的細胞周期時相一致，均在24小時內(nèi)完成一個完整的細胞周期，且每個細胞周期時相持續(xù)時間相同，表明藻華的爆發(fā)并不是細胞異常增殖的結(jié)果，而可能是細胞生長累積和聚集的結(jié)果。此外，細胞密度、色素含量和營養(yǎng)鹽濃度等在一個細胞周期內(nèi)也呈現(xiàn)較大的波動趨勢，可能與不同細胞周期細胞內(nèi)發(fā)生的生物學過程相關(guān)。
　　(2)本研究鑒定到6，118個高可信度蛋白質(zhì)，其中兩個特有肽段及以上的蛋白質(zhì)有2，595個，它們主要參與碳水化合物代

4、謝、氨基酸代謝、翻譯、折疊分選降解和能量代謝等過程。不同細胞周期時相的蛋白質(zhì)表達譜的比較研究發(fā)現(xiàn)，在G1期，細胞內(nèi)發(fā)生的主要生物過程包括碳水化合物、能量代謝和氨基酸代謝;在S期和G2/M期，細胞則主要進行DNA復制和修復、泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解與蛋白質(zhì)合成等過程。這些過程隨細胞周期時相時序性表達，它們的協(xié)同作用確保了細胞增殖和各種代謝活動的正常進行。
　　(3)本研究鑒定到8種在不同細胞周期時相存在表達差異的細胞周期相關(guān)蛋白，它們在

5、調(diào)控細胞周期進程中起重要作用。其中CDK2、CDC48、CDC37、PCNA和E3s在S期表達量最高;DIP13的表達量在M期達最大值。在G1中期(Gm)，CDK2、FtsH和D1P13的表達量最低，而Skp1和MAPK的表達量最高;在G1前期(Ga)和后期(Gp)這些蛋白質(zhì)的表達量差異不大。CDK2作為參與細胞周期調(diào)控的重要內(nèi)源性分子首次在甲藻細胞中被鑒定到。
　　(4) Gm是現(xiàn)場海區(qū)光照強度和海水溫度最高的一個時期。相比于其

6、它四個時期，該期細胞中有52個蛋白質(zhì)的表達顯著上調(diào)，128個蛋白質(zhì)的表達顯著下調(diào)，它們主要參與復制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、修飾及蛋白質(zhì)降解，能量代謝、碳水化合物代謝和氨基酸代謝等過程。此外，與實驗室培養(yǎng)的東海原甲藻相比，Gm期細胞內(nèi)發(fā)生的主要生物學過程存在一定的差異:ABC轉(zhuǎn)運、ROS清除防御機制和光能捕獲等過程高表達;而轉(zhuǎn)錄、翻譯、蛋白質(zhì)修飾和降解、脂肪酸合成、丙酮酸代謝、嘌呤核苷酸循環(huán)和信號轉(zhuǎn)導途徑等低表達。這些過程的差異表達可能是細胞對現(xiàn)場