海洋原甲藻(Prorocentrum micans)对不同生态习性桡足类存活、发育的影响及蛋白质组学分析

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本文运用实验生态方法研究了海洋原甲藻(Prorocentrum micans)对3种不同生态习性桡足类[日本虎斑猛水蚤(Tigriopus japonicus)、婆罗异剑水蚤(Apocyclops borneoensis)和太平洋纺锤水蚤(Acartia pacifica)]不同发育阶段的存活率和发育时间的影响,通过太平洋纺锤水蚤五个世代的连续培养,分析了多世代培养条件下太平洋纺锤水蚤对不同浓度海洋原甲藻的适应能力;同时,采用蛋白质组学及生物信息学方法,对不同浓度海洋原甲藻培养条件下的太平洋纺锤水蚤和日本虎斑猛水蚤、多世代培养的太平洋纺锤水蚤进行了差异蛋白表达分析和质谱分析,探究海洋原甲藻对不同生态习性桡足类的影响机制。主要结果如下:  1.不同生态习性的桡足类在各发育阶段的存活率因海洋原甲藻浓度的不同而具有显著差异(P<0.05)。在同一饵料浓度下,3种桡足类的存活率基本为:日本虎斑猛水蚤>婆罗异剑水蚤>太平洋纺锤水蚤。尤其在低饵料浓度下(0.07μgCmL-1和0.35μgC mL-1),3种桡足类存活率差异特别显著(P<0.05),太平洋纺锤水蚤最低(整个世代发育阶段的存活率分别为4%和18.67%),日本虎斑猛水蚤最高(整个世代发育阶段的存活率分别为51.7%和62%)。就发育时间而言,3种桡足类各阶段发育时间不尽相同。无节幼体阶段,随饵料浓度的升高,太平洋纺锤水蚤发育时间极显著缩短(0.07μgC mL-1和8.50μgC mL-1浓度下发育时间分别为230.33h和103.67h),婆罗异剑水蚤发育时间随饵料浓度的升高也有较显著的缩短(0.07μgC mL-1和8.50μgC mL-1浓度下发育时间分别为90.2h和65.9h),日本虎斑猛水蚤的发育时间并无显著变化(0.07μgC mL-1和8.50μgC mL-1浓度下发育时间分别为103.2h和98.5h)。  2.在连续世代培养条件下,太平洋纺锤水蚤无节幼体的存活率因海洋原甲藻浓度的不同而具有显著差异(P<0.05)。较高浓度下,太平洋纺锤水蚤无节幼体存活率随着世代数增加而升高。在5个连续世代的培养中,太平洋纺锤水蚤各发育阶段的发育时间因投喂海洋原甲藻浓度的不同也均有显著差异(P<0.05)。从无节幼体阶段的发育时间来看,投喂低浓度海洋原甲藻(0.07μgC mL-1,0.35μgCmL-1)时,太平洋纺锤水蚤无节幼体的发育时间显著多于投喂高浓度饵料的(1.70μgC mL-1,5.10μgC mL-1,8.50μgC mL-1)无节幼体(P<0.05)。  将太平洋纺锤水蚤各世代无节幼体的存活率、发育时间随饵料浓度的变化趋势进行二项式拟合,可以发现,经过五个世代的连续培养,太平洋纺锤水蚤的最适饵料浓度逐渐升高,表现出一定的遗传适应。在多世代培养过程中,同一饵料浓度下,无节幼体阶段的太平洋纺锤水蚤在存活率和发育时间的变化上都最显著,最适饵料浓度的变化也最为显著,呈现出明显的升高趋势,由此可知,太平洋纺锤水蚤无节幼体期是对饵料浓度变化最为敏感的阶段。  3.双向电泳分离和质谱鉴定结果表明,随着海洋原甲藻浓度的升高,太平洋纺锤水蚤的3个蛋白点表达量降低,2个蛋白点表达量升高,另有1个蛋白点仅在高浓度下表达。在质谱鉴定出的蛋白中,谷氨酸脱氢酶、甘油醛-3-磷酸脱氢酶与能量代谢有关,热休克蛋白70与肌动蛋白可增强细胞蛋白稳定性,达到保护细胞作用。而日本虎斑猛水蚤随着海洋原甲藻浓度的升高,2个蛋白点表达上调,6个蛋白点表达下调,另有1个蛋白点不表达。在质谱鉴定出的蛋白中精氨酸激酶与能量代谢有关,肌动蛋白起到维持细胞蛋白稳定,促进机体正常生命活动的作用。  4.相同饵料浓度条件下,不同生态习性桡足类的全蛋白表达具有显著差异,这主要与其响应外界环境的身体机制不同有关。研究发现,日本虎斑猛水蚤体内4种蛋白的表达显著高于太平洋纺锤水蚤。同时,精氨酸激酶、卵黄原蛋白、肌动蛋白、苹果酸酶、丙酮酸脱氢酶E1-β亚基、原肌球蛋白、磷酸丙糖异构酶、膜黏连蛋白2等10种蛋白仅发现在日本虎斑猛水蚤体内表达,这些蛋白都广泛参与了机体内的能量代谢、生殖发育过程中。  5.经过连续世代培养,第一世代太平洋纺锤水蚤与第五世代太平洋纺锤水蚤相比发现了2种差异蛋白,即ATP合成酶β亚基和原肌球蛋白。这2种蛋白与桡足类体内的能量代谢和物质运输紧密相关,其表达的上调或下降都将直接影响正常的新陈代谢活动。因此相同饵料条件下,经连续世代培养后,太平洋纺锤水蚤的存活率和发育时间都会表现出显著的变化。  本文采用实验生态与分子生物学相结合的方法,分析了不同生态习性桡足类对海洋原甲藻浓度变化的响应,同时利用现代分子信息学技术,探究了多世代培养下的桡足类对环境的适应能力,对于深入探讨浮游微藻和桡足类之间的生态关系及其影响机制具有重要的理论意义。
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