本文以生長(zhǎng)于熱帶海域的大型藻類(lèi)長(zhǎng)心卡帕藻(Kappaphycus alvarezii)和低溫高原的陸生微藻喬利橘色藻(Trentepohlia jolithus)為對(duì)象,利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序研究手段探討它們的基因注釋和代謝途徑。一方面,詳述了長(zhǎng)心卡帕藻在不同溫度條件下的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果,深入研究了其假定光合作用基因及其參與的代謝過(guò)程。另一方面,分析了喬利橘色藻的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)并討論了其碳固定和類(lèi)胡蘿卜素的合成過(guò)程。長(zhǎng)心卡帕藻是一種不抗低溫的熱帶大型經(jīng)濟(jì)紅藻,也是提取卡帕型卡拉膠的重要原料,目前對(duì)該藻在不同溫條件下分子水平的基因表達(dá)變化情況所知甚少。本研究將該藻分別在高溫(HT,34℃)、低溫(LT,17℃)和正常溫度(CK,26℃)下處理24小時(shí)后,通過(guò)Illumina HiSeq?2000雙端測(cè)序獲得約1.08億bp原始reads,將3個(gè)樣品的Clean Reads共同拼接后注釋得到11,537條非冗余unigene,最后利用Blast算法,通過(guò)與不同公共數(shù)據(jù)庫(kù)中的基因進(jìn)行同源比對(duì),分別將9,920(85.98%)和10,952(91.81%)條unigene注釋到GO Slim和EggNOG分類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)中。同時(shí),通過(guò)KEGG代謝通路分析將5,015條unigene聚類(lèi)到六大類(lèi)生化途徑、295條KEGG途徑中。研究發(fā)現(xiàn)參與長(zhǎng)心卡帕藻光合作用和天線蛋白表達(dá)的基因分別有48和23個(gè),且缺失普通綠色植物中參與錳簇合物結(jié)構(gòu)形成的PsbP基因,而存于該藻的PsbU基因很可能代替之以行使功能。兩兩比較不同溫度條件下的基因表達(dá)情況,共篩選出677個(gè)差異表達(dá)基因。與常溫環(huán)境相比,低溫和高溫條件下差異表達(dá)的基因數(shù)目分別為245和183個(gè),其中低溫下上調(diào)(下調(diào))表達(dá)的有59(186)個(gè),高溫下上調(diào)(下調(diào))表達(dá)的有20(163)個(gè)。在此基礎(chǔ)上,重點(diǎn)討論了光合作用參與基因的溫度適應(yīng)機(jī)制:低溫條件下,光系統(tǒng)II中3個(gè)基因(PsbO、PsbQ、PsbR)和光系統(tǒng)I的5個(gè)基因(PsaD、PsaF、PsaG、psah、psak)出現(xiàn)下調(diào)表達(dá),未發(fā)現(xiàn)上調(diào)表達(dá)基因;高溫條件下,上調(diào)和下調(diào)表達(dá)的基因數(shù)目分別為9個(gè)和4個(gè)(psba、psbc、psab、atpf1a)。高低溫脅迫條件下,細(xì)胞色素b6/f復(fù)合體和光合電子傳遞相關(guān)基因依然穩(wěn)定表達(dá),表明其不受溫度脅迫的影響。與此同時(shí),不同溫度條件下葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)曲線中i和k點(diǎn)的快速上升印證了溫度脅迫會(huì)導(dǎo)致光損傷。較之低溫脅迫,高溫脅迫下基因差異表達(dá)數(shù)目更多,葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)曲線的變化幅度更劇烈,表明高溫對(duì)長(zhǎng)心卡帕藻所造成的生理學(xué)損傷更大。本部分研究中大量光合作用和天線蛋白等相關(guān)基因的識(shí)別篩選,將促進(jìn)長(zhǎng)心卡帕藻的溫度適應(yīng)機(jī)制的分子生物學(xué)研究,對(duì)篩選新變種與擴(kuò)張養(yǎng)殖區(qū)域具有重要意義。喬利橘色藻是一種不抗高溫的高海拔地區(qū)陸生微藻,大量積累β-胡蘿卜素是其重要特征之一。目前針對(duì)該藻的研究主要集中在形態(tài)學(xué)、分類(lèi)學(xué)、系統(tǒng)發(fā)育學(xué)和其地理分布與繁殖等方面,分子生物學(xué)相關(guān)研究相對(duì)稀少。本研究首先基于illuminahiseq?2000測(cè)序得到了41,328條unigene;然后根據(jù)nr注釋結(jié)果,將22,018(53.28%)條unigene聚類(lèi)到52個(gè)go分類(lèi)中,其中涵蓋了161,451個(gè)子功能分類(lèi);接著通過(guò)kegg注釋分析將26,217(63.44%)條unigene歸屬到128條生化途徑之中;最后,在喬利橘色藻轉(zhuǎn)錄組中分別檢測(cè)到5,798個(gè)ssrs和131,478個(gè)snp位點(diǎn)。在以上基因注釋與信息挖掘基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)c3、c4、脂肪酸及類(lèi)胡蘿卜素合成代謝相關(guān)基因分別有139、157、122和99個(gè)。喬利橘色藻c固定途徑分析中,c3、c4兩種途徑中所涉及的基因都有所體現(xiàn),表明其c固定系統(tǒng)的復(fù)雜性,這種高效的固碳方式對(duì)其在高光、低溫、干旱環(huán)境下生存十分有利。類(lèi)胡蘿卜素合成通路分析發(fā)現(xiàn),該藻缺失了甲醛戊酸激酶(mvk),導(dǎo)致其不能通過(guò)甲醛戊酸途徑(mvapathway)合成異戊二烯焦磷酸(ipp)和二甲烯丙基焦磷酸(dmapp)。相比之下,所有編碼非甲醛戊酸途徑(mep/doxppathway)相關(guān)基因中都有所體現(xiàn),使之成為類(lèi)胡蘿卜素合成底物的來(lái)源。此外,將喬利橘色藻類(lèi)胡蘿卜素合成路徑與其他微藻對(duì)比發(fā)現(xiàn),該藻轉(zhuǎn)錄組序列注釋基因中沒(méi)有胡蘿卜素β酮醇酶(crto),這很可能是其不能合成蝦青素的重要原因。本研究是對(duì)橘色藻目轉(zhuǎn)錄組測(cè)序的首次報(bào)道,豐富了石莼綱的分子生物學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)。在完成基因功能注釋的同時(shí),碳固定、脂肪酸合成代謝及類(lèi)胡蘿卜素合成通路的分析對(duì)確定喬利橘色藻的資源開(kāi)發(fā)方向具有重要意義。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(海洋研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類(lèi)】：Q943.2
【部分圖文】：

（http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc/）進(jìn)行質(zhì)量過(guò)濾質(zhì)控分析，通過(guò)分析序列的質(zhì)量分布箱線圖、堿基質(zhì)量分布圖、堿基和 GC 含量分布圖確認(rèn)序列的質(zhì)量。分析結(jié)果以圖 2-1 形式呈現(xiàn)。

圖 2-2 長(zhǎng)心卡帕藻低溫、對(duì)照及高溫處理下 RNA 凝膠電泳。Figure 2-2. Agarose electrophoresis of extracted K. alvarezii RNA.確定 RNA 樣品質(zhì)量合格后，將十份 RNA 樣品等量混行定量總結(jié)樣品質(zhì)量，從下表（表 2-2）可以看出，本實(shí)驗(yàn)中樣

圖 2-6 長(zhǎng)心卡帕藻 contig 長(zhǎng)度分布。Figure 2-6. Length distribution of K. alvarezii contigs.圖 2-7 長(zhǎng)心卡帕藻 Transcript 長(zhǎng)度分布。Figure 2-7. Length distribution of K. alvarezii transcripts.

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2824047