虫黄藻对环境胁迫的响应及其分子机制的初步研究

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虫黄藻(zooxanthellae)是一种与多种海洋动物共生的甲藻,珊瑚与其存在着互利共生的稳定关系。由于虫黄藻的存在对珊瑚的生长发挥着重要作用,故对虫黄藻的研究就显得尤为重要。本实验以虫黄藻为研究对象,对其研究发现:(1)在25℃,p H8.2,50μmol·photons·m-2·s-1的最佳培养条件下,虫黄藻Symbiodinium minutum(SM)的生长状态显著优于Fugacium kawagutii(FK)。进一步利用叶绿素荧光调制仪(PAM)对虫黄藻在不同环境胁迫下的叶绿素荧光值进行测定。结果表明:虫黄藻SM对非生物环境胁迫的响应比FK更为敏感。敏感程度由强到弱依次为高温、高光和酸化。以上胁迫下的生理响应结果表明SM比FK更适合作为进一步的研究模式生物,故后续实验采用SM进行研究;(2)通过前文3个胁迫条件下SM的生理响应,结合已有的文献和实验室基础发现SM在酸化条件下的转录组研究尚存在空缺,故而对其酸化处理6h、12h、24h、120h的处理组(T)和对照组(C)进行转录组分析,结果共检测到38,790个基因,其中已知的基因为37,137个,预测的新基因为1,741个。在SM_6T-VS-SM_120T的差异比较当中,存在1371个差异表达基因,就GO功能分类,主要涉及细胞过程、代谢过程;细胞,膜、细胞器;催化活性和结合功能等基因。差异基因KEGG通路富集结果显示,富集最为显著的通路涉及光合作用、光合作用-天线蛋白,脂肪酸生物合成,RNA转运,说明这些途径在SM酸化胁迫响应中起着至关重要的作用。其中激素相关的基因ABCG40和LOX2发生了变化;通过实时荧光定量PCR技术,以基因Actin作为内参,结果发现ABCG40和LOX2在酸化胁迫6h时的基因表达量倍数分别为1.06和1.38,胁迫12h时分别为0.93和1.18,整体变化趋势同转录组的结果一致。(3)后又对SM酸化胁迫24h的对照组(C)和处理组(T)样本的蛋白质组进行分析,发现样本组间差异蛋白数为142,其中上调差异蛋白99个,下调差异蛋白43个。根据GO功能分类发现酸化胁迫下,SM差异蛋白质在功能分类以及集中程度上存在较大差异。KEGG Pathway分析发现,差异蛋白质均参与代谢途径、剪接复合体、次生代谢产物的合成以及氨酰-tRNA生物合成途径。其中下调差异蛋白参与次生代谢产物的合成比例明显上升,说明次生代谢产物合成途径在虫黄藻SM酸化胁迫中起到重要作用。后续还需要进一步的代谢组学分析,以期获得酸化胁迫下虫黄藻的激素响应机制。因此,对虫黄藻多角度的研究,将为理解虫黄藻胁迫响应机制奠定理论基础,同时有助于珊瑚白化机制的研究,便于日后对珊瑚礁系统的生态修复和保护提供有针对性的措施。
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