蛋白核小球藻碳酸酐酶基因篩選及環(huán)境因素對(duì)其調(diào)控的研究.pdf

1、碳酸酐酶（carbonic anhydrase，CA）是海洋浮游植物CO2濃縮機(jī)制（carbon dioxide concentrating mechanism, CCM）的重要組成部分，在浮游植物碳運(yùn)輸和碳代謝中起著非常重要的作用。它最基本的功能是催化HCO3-與CO2之間的相互轉(zhuǎn)換，為Rubisco羧化酶提供充足的CO2底物。藻類植物中含有多種不同類型和數(shù)目的CA，盡管它們的一級(jí)結(jié)構(gòu)不同，但催化機(jī)制類似，活性位點(diǎn)結(jié)合有鋅離子或鎘離子

2、。
　　本研究以蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）820為實(shí)驗(yàn)材料，首先利用二代高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（RNA-Seq），分析了該藻中 CA的類型與數(shù)目；再通過(guò)生物信息學(xué)方法分析了其中3種亞型CA所編碼蛋白的理化性質(zhì)、亞細(xì)胞定位和高級(jí)結(jié)構(gòu)等；最后研究了兩種無(wú)機(jī)碳—CO2及HCO3-及鹽度對(duì)藻生長(zhǎng)、CA活性及其基因（ca）表達(dá)的影響。希望該研究可以為揭示小球藻中CCM的作用方式與途徑提供參考。

3、r>　　蛋白核小球藻820經(jīng)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序后得到4.71G的核苷酸序列，經(jīng)過(guò)組裝得到36,826個(gè)unigenes，以e-value小于1e-5作為匹配的標(biāo)準(zhǔn)，共有23,015個(gè)unigenes分別在NR, NT, SwissProt, KEGG, COG和GO數(shù)據(jù)庫(kù)中得到了注釋。對(duì)以上的注釋序列中共搜索到21條可能的蛋白核小球藻ca基因。
　　從21條ca基因中選取3條不同亞型序列進(jìn)行生物信息學(xué)分析。結(jié)果表明蛋白核小球藻α-CA、β

4、-CA、γ-CA蛋白分子量分別為28.9 kDa、34.9 kDa和24.8 kDa，均為酸性、微親水和脂溶性蛋白。α-CA可以檢測(cè)到強(qiáng)的跨膜結(jié)構(gòu)和信號(hào)肽區(qū)域，推測(cè)為胞外CA。β-CA和γ-CA無(wú)可信的跨膜結(jié)構(gòu)域和信號(hào)肽區(qū)域，推測(cè)β-CA可能位于細(xì)胞質(zhì)或葉綠體基質(zhì)中，而γ-CA位于線粒體基質(zhì)中。二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)結(jié)果表明α-CA中無(wú)規(guī)則卷曲所占百分比最高（64.66％），β-CA中α螺旋和無(wú)規(guī)則卷曲分別為44.76%和44.13%，而γ-CA

5、中α螺旋和無(wú)規(guī)則卷曲含量分別為39.48%和40.34%。三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)表明α-CA折疊較松散，β-CA、γ-CA折疊程度較緊密，且γ-CA具有反復(fù)折疊的結(jié)構(gòu)。
　　本文比較了兩種無(wú)機(jī)碳（CO2和HCO3-）對(duì)蛋白核小球藻生長(zhǎng)、碳酸酐酶活性及其3種亞型ca基因表達(dá)的影響。結(jié)果表明，兩倍空氣CO2濃度培養(yǎng)藻密度可達(dá)正?？諝釩O2濃度的1.23倍，但其CA活性較低，第8 d為正?？諝釩O2濃度的0.41倍，α-ca和γ-ca基因表達(dá)量比

6、正?？諝釩O2略有升高。在0-10 mmol/L HCO3-范圍內(nèi)蛋白核小球藻隨HCO3-升高生長(zhǎng)加快，CA活性在5 mmol/L HCO3-最高，而3種亞型ca基因表達(dá)量在1 mmol/L HCO3-處理組最高。
　　本文還研究了鹽度對(duì)蛋白核小球藻生長(zhǎng)、胞外碳酸酐酶活性及其3種亞型CA基因表達(dá)的影響。結(jié)果表明，15和30鹽度培養(yǎng)藻生長(zhǎng)較快，45鹽度藻細(xì)胞密度降為15鹽度的0.83倍；CA活性隨著鹽度增加而降低，45鹽度長(zhǎng)時(shí)間處理