南海中北部真核浮游植物中视紫红质基因多样性的研究

论文摘要

海洋真核浮游植物是海洋生态系统的重要组成部分,它为海洋食物网输入物质和能量。通常来讲,光合作用是浮游植物把光能转变为化学能的主要途径,但是近年来发现另一类可利用光能的基因——视紫红质在海洋中广泛分布,其可能是另外一条将光能转化为化学能为食物网提供能量的重要途径。视紫红质基因广泛存在于海洋细菌中,最近在一些真核浮游生物中也发现了视紫红质。但是到目前为止,我们对真核生物的视紫红质的表达知之甚少。在本研究中,我们以南海中北部为研究区域,通过现场航次,采集原位海水,使用18S rDNA对南海中北部真核浮游植物的群落结构开展研究,并结合引物扩增克隆鉴定和宏转录组测序两种方法来探究南海中北部表层和深层叶绿素最大值层（DCM层）中真核浮游植物（3-200 μm）视紫红质基因的分布特征。本研究发现真核视紫红质在南海中分布广泛,并且其分布受到环境因素的影响,主要的研究成果如下:1.18S rDNA研究发现真核浮游生物群落主要主要由甲藻、硅藻、定鞭藻、隐藻、后生动物、后鞭毛生物、不等鞭毛类、囊泡虫类和有孔虫组成,甲藻和后生动物在大部分样本中古主要部分,平均68.83%,后鞭毛生物在部分样本中也占据重要的部分,平均11.36%,在真核浮游植物群落中,甲藻是最主要的组成部分,平均93.45%。2.根据已有的甲藻视紫红质基因序列设计适用于扩增甲藻中的视紫红质基因,以cDNA为模板进行扩增,PCR产物经过高通量测序共获得667897个reads,基于97%相似度共获得480个unigene,通过注释发现视紫红质基因主要来自甲藻,但与已知甲藻的视紫红质的相似度高低不均,为56%-96%,平均为79%,表明扩增的视紫红质基因多样性高。韦恩图分析表明不同站位、水层和采样时间点的样本都有大量共同的视紫红质基因序列,这说明真核浮游植物视紫红质在海洋中的广泛分布。多样性分析表明表层样本的视紫红质多样性比DCM层高,但是昼夜样本间并无明显差异,丰富度分析表明表层样本的视紫红质的丰富度存在昼夜分化的现象,而DCM层没有类似现象。PCA分析表明其分布可能受到环境因素的控制。氨基酸序列比对和进化分析结果表明,现场样本中所扩增的视紫红质为质子泵视紫红质（Xanthorhodopsin）。3.从宏转录组数据中,C6站位共得到1079个视紫红质基因,其中原核视紫红质基因占74%（798）,真核视紫红质基因占26%（281）;C9站位共得到705个视紫红质基因,其中原核视紫红质基因占73%（514）,真核视紫红质基因占27%（190）;SEATS站位共得到1126个视紫红质基因,其中原核视紫红质基因占71%（799）,真核视紫红质基因占29%（327）。结果显示,南海的不同水域（大陆架、大陆坡、海盆）,原核与真核视紫红质基因的比例十分相似。真核视紫红质核酸序列注释结果表明大部分的序列为甲藻类视紫红质,进化分析表明转录组中的真核视紫红质也为质子泵型视紫红质（Xanthorhodopsin）。表达量分析表明表层样品比DCM层高。

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摘要

Abstract

第1章引言

1.1 真核浮游植物在海洋中的地位和作用

1.2 关于视紫红质

1.3 微型生物视紫红质生理作用的研究

1.4 海洋视紫红质基因多样性的研究进展

1.5 高通量测序技术在海洋微生物研究中的应用

1.6 研究目标和内容

第2章实验材料与方法

2.1 主要实验试剂和仪器

2.1.1 实验试剂

2.1.2 实验仪器

2.1.3 常用试剂的配制

2.2 样品的采集

2.2.1 研究区域

2.2.2 样品明细

2.3 视紫红质基因PCR引物的设计与筛选

2.3.1 PCP引物的设计

2.3.2 PCR引物的筛选

2.4 RNA的提取与宏转录组测序

2.4.1 RNA的提取

2.4.2 宏转录组测序

2.4.3 生物信息学分析

2.5 视紫红质基因的扩增与高通量测序

2.5.1 cDNA的合成

2.5.2 视紫红质基因的扩增

2.5.3 PCR产物的回收

2.5.4 PCR产物的高通量测序和生物信息学分析

2.5.4.1 PCR产物的高通量测序测序

2.5.4.2 生物信息学分析

第3章结果与讨论

3.1 结果

3.1.1 研究站位的环境因子特征

3.1.2 微生物群落的组成结构分析

3.1.2.1 基于叶绿素a的浮游植物组成结构分析

3.1.2.2 基于18S rDNA的浮游微生物（3-200 μm）组成结构分析

3.1.3 基于PCR引物扩增的视紫红质基因多样性分析

3.1.3.1 测序数据和样本数据统计

3.1.3.2 视紫红质扩增序列的注释与结构分析

3.1.3.3 视紫红质基因多样性分析

3.1.3.4 样本的比较分析

3.1.3.5 视紫红质基因的进化分析

3.1.4.1 视紫红质基因的组成和种类

3.1.4.2 视紫红质基因的表达分析

3.2 讨论

3.2.1 南海的浮游植物的群落组成

3.2.2 真核浮游植物视紫红质PCR引物的可用性

3.2.3 视紫红质的功能结构

3.2.4 真核视紫红质基因的多样性

第4章结论与展望

4.1 研究结论

4.2 研究的创新性

4.3 研究的不足的与展望

附录

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王杰锐

导师: 林森杰

关键词: 真核浮游植物,视紫红质,质子泵,高通量测序

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学

单位: 厦门大学

分类号: Q943

总页数: 93

文件大小: 6548K

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