钝顶螺旋藻全基因组中与环境胁迫应答有关的sRNA的寻找及调控网络研究

本研究在完成国家自然基金项目"螺旋藻基因组的生物信息分析"的基础上，以有经济价值和医疗保健作用的钝顶螺旋藻为研究材料，以探讨其逆境生存的机理为目标，采用生物信息学、比较基因组学、转录组学以及分子生物学等手段，建立螺旋藻sRNA研究的生物信息学、实验鉴定研究平台；在螺旋藻的全基因组中寻找与抗逆功能基因表达调控相关的sRNA,并证明候选sRNA在螺旋藻中不同环境胁迫下的差异表达，探讨螺旋藻sRNA在耐强光、高低温、高盐碱、高CO2和耐低气压等相关蛋白表达中的分子调控机制；利用生物信息学方法，结合已完成的2-DE电泳的结果，预测sRNA作用的靶基因及功能分类，探讨隐藏在螺旋藻基因信息层中全新的调控模式，揭示其逆境生存的生命本质，该项目展开为研究和挖掘其他藻类和植物的抗逆功能基因资源具有重要指导意义，尤其是抗逆、耐高CO2、产氧等生物学机制研究也是解决环境日益污染的迫切需要。

随环境污染日益加重，对有经济价值和医疗保健作用的螺旋藻基因表达和调控网络研究是探讨其抗逆生物学机制的重要途径。在前期基础上，对藻株Spirulina platensis-YZ全基因组经过Pair-End双向重复测序、补洞、Fosmid拼接，完善了全基因组结构分析及草图的构建工作，建立了本地数据库。发现进一步对螺旋藻中近半数的未知功能基因及1/10区别于蓝藻的基因进行功能注释、修改与完善是非常有意义的科学问题。.　　选取抗氧化能力相对较强的螺旋藻株FACHB-350为研究对象，展开其在不同H2O2、不同NaCl浓度持续胁迫下miRNAs的Illumina-MiSeq深度测序和筛选，分别获得保守miRNA 614个，新miRNA1762个。利用Unfold二级结构预测共得到53个miRNA前体匹配3p和5p miRNA，780个只有一端符合标准的miRNA。从中各候选了二级结构匹配且高丰度表达的miRNA 30个，通过qRT-PCR、Northen blot、与2-DE数据整合及系列生化试验证实了螺旋藻中miRNA的存在并参与环境胁迫应答。其进化关系分析发现，螺旋藻的miRNA与动物的较远与植物miRNA同源性较高，且miRNA在环境胁迫应答中发挥重要调控作用。同时预测和验证了其作用靶基因及其COG功能分类、KEGG途径和Pathway分析，多数靶基因涉及到碳水化合物的代谢、光合作用中电子传递和光合效率，能力代谢和氧化还原活性等生理过程。.　　上述结果与蛋白质组差异表达谱及转录组实现了数据整合和比较分析，在不同因子胁迫下，COG功能分类中高比例的阳性蛋白和KEGG代谢途径关键的蛋白，借助qRT-PCR进行其转录水平的验证工作。 将差异蛋白的COG功能分类与筛选的高丰度miRNA作用靶标基因的GO功能分类相互比较，二者参与的代谢途径进行比较，调控模式进行比较，探讨miRNA与作用靶基因的调控关系。确证与相应环境胁迫因子应答相关miRNA。本研究首次在蓝细菌螺旋藻中确证了miRNAs的存在及参与环境胁迫应答的功能，在全新的调控层面上揭示了其调控网络和模式。填补和丰富蓝细菌miRBase信息资源库。进一步为螺旋藻特色功能基因的开发与应用搭建技术平台。进一步为螺旋藻特色功能基因的开发与应用搭建技术平台。