猎物在捕食关系中需要进化出各种防御手段(包括组成型和诱导型防御)来降低自身被捕食的机率。其中,有些防御手段不仅让捕食者得不到“晚餐(dinner)",甚至还会让它们付出生命的代价。因此,针对这些可能致命的防御,捕食者也进化出一定反“猎物防御”称之为捕食者攻击。由于缺乏合适的研究模型,捕食者攻击对种间关系的影响研究较少。而枝角类与蓝藻之间的相互作用为我们提供了一个良好的平台来研究捕食者攻击作用。枝角类是水域生态系统中初级消费者的关键组成部分,一方面它们不仅通过摄食控制影响浮游藻类的组成和数量,同时其数量变动会导致更高营养级的鱼、虾丰度的波动,因此枝角类通常被认为是连接初级生产者与更高营养级的纽带,其生长状况和种群变动在水域生态系统动力学起着关键作用,因此常被定义为生态交互者(ecological interactor) 。湖泊富营养化导致蓝藻成为浮游植物群落中的优势种,甚至暴发蓝藻水华,这一现象在夏季高温阶段尤为显著。蓝藻释放毒素、缺乏关键的营养物质且会聚集形成群体,造成枝角类生长和繁殖受到抑制。另一方面,在与蓝藻长期共存的环境下,水体中的某些枝角类可以牧食蓝藻,抑制蓝藻的过度繁殖,说明能够抵御蓝藻毒素的作用,表现出捕食者一定程度上化解猎物的防御行为,而且捕食者攻击可以通过快速适应表现出来。在浮游动物与蓝藻的相互作用过程中,哪些因素促使枝角类对蓝藻胁迫形成快速适应,表现出捕食者攻击?枝角类的快速适应的分子机制有是什么?本研究围绕上述科学问题,结合经典生态学和现代分子生物学方法,着重探讨快速适应对枝角类耐受蓝藻的影响及分子机制。本文研究结果主要包括以下6个方面：1.大型溞亲代牧食无毒微囊藻对子代耐受有毒微囊藻胁迫的影响在本实验中,分别设立三个食物处理组：1.栅藻；2.无毒铜绿微囊藻与栅藻混合食物；3.产毒铜绿微囊藻与栅藻混合食物。收集上述三个食物组第21天的子代,置于产毒微囊藻与栅藻混合食物环境中,观察21天,统计生活史特征、抗氧化酶活性和RNA:DNA比例。结果发现亲代牧食含有无毒或者产毒微囊藻的食物后,子代首次繁殖时间、繁殖量都显著提高,表现出对产毒藻的抗性,并且这种抗性的提高与子代抗氧化、生理代谢能力加强有关。本结论强调了母体效应在浮游动物-蓝藻共进化的重要性,对揭示表型可塑性在猎物反捕食和捕食者攻击相互影响有重要意义。2.个体大小不同枝角类亲代经历不同温度对子代耐受有毒微囊藻胁迫的影响在本实验中,将大小不同的枝角类拟同形溞和裸腹溞分别置于三个亲代温度处理组：15℃(低温)、20℃(中温)和30℃(高温),期间投喂100%栅藻。收集亲代第14天的子代,置于20℃、产毒铜绿微囊藻与栅藻混合食物环境中,观察14天,统计种群平均存活寿命、净繁殖率和内禀增长率。结果发现高温产下的子代对微囊藻有较强的抗性,具体表现为个体繁殖率上升、种群内禀增长率提高,而且这种抗性的提高与子代对微囊藻清除率下降有关。另外,小型枝角类表现出的抗性要高于大型枝角类。该结果对揭示全球变暖改变枝角类与蓝藻的捕食关系具有重要的意义。3.大型溞精氨酸激酶基因克隆及其在耐受产毒微囊藻胁迫的作用本实验成功克隆得到了大型溞中参与能量合成的关键基因精氨酸激酶(AK)基因。该基因含有AK常见的保守结构域,说明它属于ATP:arginine N-phosphotransferase家族。实时荧光定量表达发现亲代经历产毒微囊藻胁迫后,子代继续在产毒微囊藻环境下的AK基因表达出现上调,说明提高能量合成有利于枝角类耐受微囊藻胁迫。4.大型溞delta分型谷胱甘肽转移酶基因克隆及其对微囊藻胁迫的响应本实验克隆得到了大型溞delta分型谷胱甘肽转移酶(GST) cDNA全长序列,并且分析了其结构特性,发现在N端存在高度保守的、与GSH结合相关的G位点和在C端存在于外源性物质结合的可变H位点。短期牧食微囊藻诱导GST表达上调；而长期牧食微囊藻却导致GST表达抑制。本实验结果强调Dm-dGST在枝角类响应微囊藻胁迫的分子作用,为揭示枝角类快速适应藻毒素胁迫的机制提供了可研究途径。5.基于iTRAQ技术揭示铜绿微囊藻对大型溞蛋白组的影响本实验利用iTRAQ高通量蛋白定量技术从整体的角度分析了大型溞响应微囊藻胁迫的分子机制。一共鉴定出211个差异表达蛋白,这些蛋白主要参与了脂质、碳水化合物、氨基酸和能量代谢途径,说明机体物质代谢的改变影响了大型溞在微囊藻胁迫下的适合度。6.两种克隆系拟同形溞耐受产毒微囊藻的差异及其转录组水平机制的研究本实验首先以个体生长率指标比较了枝角类拟同形溞两个克隆(Clone LM和Clone LS)对产毒微囊藻的敏感性差异,发现长期经历蓝藻胁迫的Clone LS在产毒微囊藻胁迫下个体生长率较高,说明Clone LS对产毒微囊藻有较高的耐受能力,并且这种耐受能力随着微囊藻水华周期性暴发而得以维持。在实验室条件下长期(5年)的克隆Clone LM则耐受能力较低,逐渐失去了有效适应蓝藻胁迫的能力。随后,本实验结合现代高通量测序RNA-seq技术,将上述两个克隆经产毒微囊藻胁迫后的转录组进行差异基因比较。数据首次揭示了显示耐受克隆Clone LS在5条通路：物质代谢通路、谷胱甘肽代谢、黏蛋白型-O-多聚糖合成、内质网蛋白加工和氨基糖-核苷糖代谢都有显著性的上调,说明营养物质代谢能力、解毒能力、修复蛋白错误折叠能力、生长能力加强以及对产毒微囊藻较低的消化能力是促使Clone LS表现较强微囊藻抗性的原因。