球形棕囊藻囊体形成的分子机制

论文摘要

球形棕囊藻（Phaeocystis globosa）是引发我国近海有害藻华的主要物种,其最显著的特点是具有复杂的异型生活史,能够在游离单细胞和凝胶状囊体之间进行形态转变。囊体是球形棕囊藻藻华爆发时的主要形态,是球形棕囊藻能够在海洋生态系统中占据优势的重要原因。目前,对球形棕囊藻囊体形成的影响因素已有较多认识,但对其囊体形成的分子机制仍不清楚,阻碍了我们对球形棕囊藻藻华形成机制的认识。本研究综合运用生理学、转录组学和生物信息学理论方法,研究了球形棕囊藻囊体形成不同阶段和不同温度条件下细胞转录组的差异表达,筛选、确认差异表达基因及其参与的生物学过程,重点研究了与囊体形成相关的基因及其参与的生物学过程,从糖胺聚糖的生物合成和降解、碳氮代谢、蛋白质生物合成、细胞运动、细胞防御和信号传导等角度揭示了球形棕囊藻囊体形成的分子机制,取得的主要研究结果如下:（1）球形棕囊藻囊体形成可分为四个阶段:游离单细胞（SC20）、两个细胞（C22）、四个细胞（C44）和囊体形成（CC20）。在囊体形成后还同时存在部分未形成囊体的游离单细胞（NCC20）。从成熟囊体中释放出的游离单细胞无鞭毛,后细胞恢复运动、但很快丢失鞭毛并附着在基质表面,释放出粘液基质,进而形成囊体。高温32℃条件下,未成囊游离单细胞的生长速率高于20℃,且在整个生长过程中一直保留鞭毛结构,未观察到鞭毛丢失;（2）运用转录组学方法研究比较了囊体形成不同阶段细胞的转录组,共鉴定到79,824个unigene,其中不同阶段差异表达基因主要参与糖胺聚糖的生物合成和降解、氮代谢、信号传导和细胞防御以及细胞运动等过程。在20℃囊体形成过程中,相比未成囊游离单细胞（NCC20）而言,球形棕囊藻细胞在囊体形成过程不同阶段,糖胺聚糖的生物合成显著增加,降解过程显著下调,促成糖胺聚糖大量积累;囊体细胞氮代谢过程显著增强,谷氨酰胺合成增多,为细胞合成糖胺提供大量前体底物;囊体细胞内与信号传导和植物-病原体通路相关的基因表达显著下调,表明囊体基质的存在为囊体细胞提供了保护;囊体形成过程中,鞭毛虽呈现生长和丢失过程,但相对NCC20而言,运动相关基因的表达均显著下调。（3）运用转录组学方法研究了不同温度培养条件下单细胞和囊体细胞的转录组,发现温度会影响球形棕囊藻中糖胺聚糖的积累和鞭毛的形成。在32℃条件下,与细胞防御相关的基因表达显著上调,而在囊体中,与细胞运动相关的基因均显著下调,包括鞭毛内运输,动力蛋白,驱动蛋白和肌球蛋白,以节约更多的能量用于囊体基质的生物合成或其他生命活动。温度可能改变了细胞内糖胺聚糖的积累,加速糖胺聚糖的降解,影响囊体基质的形成,从而导致细胞不能形成囊体。

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摘要

Abstract

缩略词表

第1章前言

1.1 球形棕囊藻研究概况

1.1.1 棕囊藻简介

1.1.2 球形棕囊藻及其生活史

1.1.3 球形棕囊藻囊体形成机制及其生态意义

1.2 球形棕囊藻囊体形成的影响因素

1.2.1 摄食对球形棕囊藻囊体形成的影响

1.2.2 温度对球形棕囊藻囊体形成的影响

1.2.3 营养盐对球形棕囊藻囊体形成的影响

1.2.4 其他因素对球形棕囊藻囊体形成的影响

1.3 转录组学及其在球形棕囊藻研究中的应用

1.3.1 转录组学

1.3.2 转录组学在棕囊藻研究中的应用

1.4 研究内容与目标

第2章材料与方法

2.1 实验藻种及其培养条件

2.2 实验设计

2.2.1 细胞同步化培养

2.2.2 实验方案

2.3 生理参数测定和样品收集

2.3.1 细胞形态学观察

2.3.2 细胞计数

2.3.3 囊体计数和直径测量

2.3.4 转录组样品收集

2.4 RNA提取

2.5 RNA完整性检测与定量

2.6 RNA测序文库构建

2.7 测序结果组装与基因功能注释

2.7.1 测序数据过滤

2.7.2 测序质量控制

2.7.3 序列拼接

2.7.4 unigene功能注释

2.8 基因表达分析

2.8.1 unigene表达量计算

2.8.2 差异表达基因筛选

2.8.3 差异基因富集分析

第3章球形棕囊藻囊体形成不同阶段转录组学研究

3.1 结果

3.1.1 球形棕囊藻囊体形成不同阶段细胞形态变化

3.1.2 球形棕囊藻生长过程中单细胞和囊体动态变化

3.1.3 转录组测序和De novo组装

3.1.4 基因功能注释

3.1.5 差异表达基因鉴定

3.1.6 共同差异表达基因

3.2 讨论

3.2.1 多糖合成和降解

3.2.2 细胞运动

3.2.3 氮代谢

3.2.4 蛋白质合成

3.2.5 碳代谢

3.2.6 细胞防御和信号传导

3.3 本章小结

第4章温度对球形棕囊藻囊体形成影响的转录组学研究

4.1 结果

4.1.1 温度对球形棕囊藻细胞形态的

4.1.2 不同温度下球形棕囊藻单细胞和囊体变化

4.1.3 转录组测序和De novo组装

4.1.4 基因功能注释

4.1.5 差异表达基因鉴定

4.1.6 共同差异表达基因

4.2 讨论

4.2.1 细胞分裂

4.2.2 多糖合成与降解

4.2.3 碳代谢

4.2.4 氮代谢

4.2.5 细胞运动

4.2.6 细胞信号传导及防御

4.3 本章小结

第5章结论与展望

5.1 结论

5.2 论文特色及创新点

5.3 不足及展望

参考文献

附录

附录Ⅰ 球形棕囊藻囊体形成不同阶段差异表达基因的富集分析结果

附录Ⅱ 不同温度条件下球形棕囊藻差异表达基因的富集分析结果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张昆

导师: 王大志

关键词: 球形棕囊藻,有害藻华,球形囊体,转录组,温度,糖胺聚糖

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 海洋学,环境科学与资源利用

单位: 厦门大学

分类号: X55

总页数: 107

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球形棕囊藻囊体形成的分子机制

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