节旋藻对温度胁迫的生理响应与差异表达基因分析

摘要

为了提高规模化养殖节旋藻(螺旋藻)的生物量，虽然众多学者根据生理生化指标变化报道了温度影响节旋藻生长的作用机制，但采用转录组学方法进行相关研究的报道很少。因此，本文以课题组分离纯化的节旋藻藻株(Arthrospira sp.)TJSD091的单藻丝纯培养物为对象，在45℃、15℃胁迫处理24 h后进行转录组测序，经过对差异表达基因的功能注释，并采用qRT-PCR技术对显著差异表达的基因进行验证。同时测定相关生理指标的变化，试图全面揭示不同培养温度对节旋藻代谢途径的影响，为温度胁迫下节旋藻生长调控过程及抗逆机制的研究奠定基础。主要研究结果如下：
　　1.受到温度胁迫的藻株，细胞内主要脂肪酸的含量发生明显变化。45℃培养时，总饱和脂肪酸及硬脂酸含量升高，有助于维持膜的稳定性；15℃培养时不饱和脂肪酸，尤其是主要成分α-亚麻酸的含量显著提高，增强膜的流动性以维持细胞正常生理代谢活动。转录组学数据分析发现：45℃时，脂肪酸去饱和酶?9 des基因表达下调使得硬脂酸含量增加；15℃时，3-酰基-[酰基载体蛋白]-还原酶基因和脂肪酸去饱和酶?9 des和?12 des基因的表达上调，因此不饱和脂肪酸大量合成。
　　2.受到温度胁迫的藻株，光合色素如Chl a、PC和APC的含量显著下降，光合作用受影响，相对生长速率降低；Car在45℃培养时含量持续上升，不仅有助于高温环境中光合作用的进行，同时能够有效清除细胞内产生的活性氧自由基，防止发生过氧化反应。
　　3.与35℃相比，45℃/15℃下差异表达基因总数分别为366/614个，其中45℃培养时上/下调的分别有192/174个，15℃培养时上/下调的分别有365/249个。温度胁迫时差异表达基因显著富集途径主要是光合磷酸化和氧化磷酸化。另外，45℃培养时显著富集途径还包括核糖体蛋白亚基和HIF-1信号；15℃培养时显著富集途径还包括氮代谢。
　　4.无论是45℃还是15℃培养，细胞内一些基因表达水平的变化趋势一致。如光合系统中PSⅡ的反应中心D1蛋白(psbA)、D2蛋白(psbD)的基因表达水平上调，以维持PSⅡ的正确构象。色素蛋白cp43(psbC)基因的表达水平下调，光合色素的合成过程受到抑制，影响了光能捕获及传递效率，最终光反应效率降低；又如氧化磷酸化过程中的NADH脱氢酶复合体，其蛋白亚基基因(NdhD)的表达水平上调，影响了NADPH的脱氢反应，导致能量不足，影响了藻株的生长繁殖。

目录

声明

第一章 前 言

1.1 微藻响应温度胁迫的生理变化

1.1.1 温度对微藻生长的影响

1.1.2 温度对微藻脂肪酸的影响

1.1.3 温度对微藻光合作用的影响

1.1.4 温度对微藻信号传导系统的影响

1.1.5 温度对生物大分子的影响

1.1.6 温度对抗氧化系统的影响

1.1.7 温度对应激蛋白的影响

1.2 微藻转录组测序分析

1.3 温度相关差异表达基因

1.3.1 脂肪酸去饱和酶相关基因

1.3.2 光合作用相关基因

1.3.3 二元信号转导系统相关基因

1.3.4 Ser/Thr或Tyr蛋白激酶相关基因

1.4 选题意义

第二章 节旋藻对温度胁迫的生理响应

2.1 节旋藻的脂肪酸组成及含量变化

2.1.1 材料与仪器

2.1.2 实验方法

2.1.3 结果

2.1.4 讨论

2.2 节旋藻的生长和光合色素变化

2.2.1 材料与方法

2.2.2 结果与分析

2.2.3 讨论

第三章 温度胁迫下节旋藻转录组分析及差异表达基因验证

3.1.1 实验材料

3.1.2 培养条件

3.1.3 转录组测序流程

3.1.4 差异表达基因验证

3.2 结果与分析

3.2.1 总RNA提取及质量检测

3.2.2 数据统计

3.2.3 转录本的功能注释

3.2.4 代谢途径分析

3.2.5 差异表达基因验证

3.3 小结

第四章 结论及展望

4.1 本论文的主要结论

4.2 本论文的创新之处

4.3 本论文的不足和今后进一步工作的建议

参考文献

发表论文、参加科研情况说明

致谢