中國近海典型藻華種對(duì)環(huán)境中磷變化響應(yīng)的轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究.pdf

1、磷(Phosphorus)是浮游植物生長所必需的營養(yǎng)元素。在海洋生態(tài)系統(tǒng)中，磷的含量、分布及可利用性對(duì)浮游植物生長、分布、群落結(jié)構(gòu)等具有重要的調(diào)控作用，進(jìn)而影響海洋初級(jí)生產(chǎn)力及碳、氮等元素的生物地球化學(xué)循環(huán)。研究發(fā)現(xiàn)，磷在全球諸多海域都是浮游植物生長的限制營養(yǎng)元素。近年來，圍繞海洋浮游植物對(duì)低磷脅迫的響應(yīng)機(jī)制和適應(yīng)策略開展了大量的研究，然而這些研究主要集中在生理學(xué)層面，有關(guān)其分子機(jī)制仍知之甚少。
　　本研究以中國近海三種典型藻華種

2、中肋骨條藻（Skeletonema costatum）、東海原甲藻（Prorocentrum donghaiense）和鏈狀亞歷山大藻（Alexandrium catenella）為研究對(duì)象，運(yùn)用RNA-Seq高通量測(cè)序技術(shù)，并結(jié)合生物信息學(xué)分析方法，比較研究了三種藻類在富磷、磷饑餓、無機(jī)磷添加和有機(jī)磷添加條件下的基因表達(dá)譜，鑒定、篩選到一批差異表達(dá)基因，分析了這些差異表達(dá)基因的功能及其參與的生物學(xué)過程，并結(jié)合生理學(xué)參數(shù)，探討了三種典型

3、藻華種對(duì)環(huán)境中磷變化響應(yīng)的分子機(jī)制。取得的主要研究結(jié)果如下:
　　(1)運(yùn)用RNA-Seq高通量測(cè)序技術(shù)分別在不同磷培養(yǎng)條件下的中肋骨條藻、東海原甲藻和鏈狀亞歷山大藻轉(zhuǎn)錄組中鑒定到34，942，236，500和118，548個(gè)基因，其中20.8％，11.6％和17.5％的基因表達(dá)存在顯著差異，這些差異表達(dá)基因主要參與RNA轉(zhuǎn)運(yùn)、mRNA監(jiān)視通路（mRNA surveillance pathway）、內(nèi)吞作用、甘油磷脂代謝和醚脂類代

4、謝等細(xì)胞需磷或與生長密切相關(guān)的生物學(xué)過程。此外，還鑒定到許多與磷代謝、晝夜節(jié)律相關(guān)的基因，其中與晝夜節(jié)律相關(guān)的基因是首次在硅藻、甲藻東海原甲藻和鏈狀亞歷山大藻中鑒定到。
　　(2)三種藻類中都鑒定到與多聚磷酸鹽累積相關(guān)含SPX結(jié)構(gòu)域蛋白的編碼基因，表明三種藻類均具有胞內(nèi)儲(chǔ)磷功能。磷饑餓時(shí)，中肋骨條藻通過增加無機(jī)磷轉(zhuǎn)運(yùn)、改變胞內(nèi)磷再分配、轉(zhuǎn)向利用有機(jī)磷和不含磷脂類等多種策略擴(kuò)展磷源利用途徑和降低細(xì)胞對(duì)磷的需求;鏈狀亞歷山大藻則增強(qiáng)了

5、無機(jī)磷轉(zhuǎn)運(yùn)和有機(jī)磷利用;而東海原甲藻的無機(jī)磷轉(zhuǎn)運(yùn)功能受到抑制，主要利用有機(jī)磷。添加無機(jī)磷和有機(jī)磷恢復(fù)后，中肋骨條藻中參與無機(jī)磷轉(zhuǎn)運(yùn)和有機(jī)磷利用的基因在加磷4h后即發(fā)生顯著性變化，而兩種甲藻即使在加磷28 h后仍無明顯變化，表明中肋骨條藻對(duì)環(huán)境中磷變化的響應(yīng)比東海原甲藻和鏈狀亞歷山大藻更快速。
　　(3)盡管三種典型藻華種對(duì)無機(jī)磷Na2HPO4和有機(jī)磷G-6-P恢復(fù)的生理學(xué)響應(yīng)沒有顯著性差異，但三種藻類在轉(zhuǎn)錄水平上的響應(yīng)卻存在較大差

6、異。無論是無機(jī)磷添加組還是有機(jī)磷添加組，中肋骨條藻細(xì)胞內(nèi)代謝過程的變化都主要集中在加磷恢復(fù)4h時(shí)，而東海原甲藻代謝過程的變化主要發(fā)生在有機(jī)磷添加4h時(shí)，鏈狀亞歷山大藻代謝過程的變化主要發(fā)生在無機(jī)磷添加4h時(shí)，這些響應(yīng)過程主要與翻譯、脂質(zhì)代謝、能量代謝和碳水化合物代謝等過程相關(guān)。
　　(4)中肋骨條藻、東海原甲藻和鏈狀亞歷山大藻細(xì)胞中均鑒定到參與細(xì)胞晝夜節(jié)律調(diào)控的基因，它們的表達(dá)受環(huán)境中磷的調(diào)控，表明環(huán)境中磷的變化可以調(diào)控細(xì)胞的晝夜