中國近海典型藻華種對環(huán)境中磷變化響應的轉(zhuǎn)錄組學研究.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，進而影響海洋初級生產(chǎn)力及碳、氮等元素的生物地球化學循環(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低磷脅迫的響應機制和適應策略開展了大量的研究，然而這些研究主要集中在生理學層面，有關(guān)其分子機制仍知之甚少。
　　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）為研究對象，運用RNA-Seq高通量測序技術(shù)，并結(jié)合生物信息學分析方法，比較研究了三種藻類在富磷、磷饑餓、無機磷添加和有機磷添加條件下的基因表達譜，鑒定、篩選到一批差異表達基因，分析了這些差異表達基因的功能及其參與的生物學過程，并結(jié)合生理學參數(shù)，探討了三種典型

3、藻華種對環(huán)境中磷變化響應的分子機制。取得的主要研究結(jié)果如下:
　　(1)運用RNA-Seq高通量測序技術(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個基因，其中20.8％，11.6％和17.5％的基因表達存在顯著差異，這些差異表達基因主要參與RNA轉(zhuǎn)運、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、謝等細胞需磷或與生長密切相關(guān)的生物學過程。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)儲磷功能。磷饑餓時，中肋骨條藻通過增加無機磷轉(zhuǎn)運、改變胞內(nèi)磷再分配、轉(zhuǎn)向利用有機磷和不含磷脂類等多種策略擴展磷源利用途徑和降低細胞對磷的需求;鏈狀亞歷山大藻則增強了

5、無機磷轉(zhuǎn)運和有機磷利用;而東海原甲藻的無機磷轉(zhuǎn)運功能受到抑制，主要利用有機磷。添加無機磷和有機磷恢復后，中肋骨條藻中參與無機磷轉(zhuǎn)運和有機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，表明中肋骨條藻對環(huán)境中磷變化的響應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無機磷Na2HPO4和有機磷G-6-P恢復的生理學響應沒有顯著性差異，但三種藻類在轉(zhuǎn)錄水平上的響應卻存在較大差

6、異。無論是無機磷添加組還是有機磷添加組，中肋骨條藻細胞內(nèi)代謝過程的變化都主要集中在加磷恢復4h時，而東海原甲藻代謝過程的變化主要發(fā)生在有機磷添加4h時，鏈狀亞歷山大藻代謝過程的變化主要發(fā)生在無機磷添加4h時，這些響應過程主要與翻譯、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胞中均鑒定到參與細胞晝夜節(jié)律調(diào)控的基因，它們的表達受環(huán)境中磷的調(diào)控，表明環(huán)境中磷的變化可以調(diào)控細胞的晝夜