原生动物小口钟虫生殖细胞分化的调控分子基础

Sexual reproduction of the ciliated protozoa is conjugation, including isogamy (conjugants are equal in size) and anisogamy (conjugants are unequal in size). Currently, studies on sexual reproduction are mainly focused on isogamy, but little on anisogamy. The molecular basis for regulation of macro- and microconjugant differentiation is still unclear. Focus on this question, this application proposes to use peritrich ciliate - Vorticella microstoma as material, the third-generation sequencing technology and single-celled transcriptome sequencing technology, together with immunofluorescence and RNAi gene function study method will be employed in this project. By investigating the macro- and microconjugant differentiation during anisogamy, the key regulatory genes will be identified and their functions will be analyzed, and then the molecular basis for the macro- and microconjugant differentiation regulation will be discussed. This is the first time to investigate the molecular basis for the regulation of macro- and microconjugant differentiation, and the completion of this project will not only help to understand the regulatory mechanism of this event but also lay a foundation to comparative studies on isogamy in ciliates and sexual reproduction in other eukaryotic organisms.

原生动物纤毛虫的有性生殖可分为同配生殖（生殖细胞大小相同）和异配生殖（生殖细胞大小不同）两种类型。目前，纤毛虫有性生殖相关研究主要集中在同配生殖，而关于异配生殖，尤其是大、小生殖细胞分化这一异配生殖过程的关键环节的研究很少。针对纤毛虫异配生殖过程中大、小生殖细胞分化调控的分子基础尚不清楚这一问题，本项目提出以具有典型异配生殖的缘毛类纤毛虫小口钟虫为对象，基于三代测序、单细胞转录组测序等组学手段，结合RNAi和免疫荧光等基因功能研究技术，考察异配生殖过程中大、小生殖细胞的分化，鉴定此过程关键调控基因并分析其功能，进而探讨大、小生殖细胞分化调控的分子基础。项目的开展是首次从分子水平考察纤毛虫异配生殖过程中大、小生殖细胞分化，对理解其调控机制具有重要意义，也为与纤毛虫的同配生殖及其它真核生物的有性生殖进行比较提供基础。

原生动物纤毛虫的有性生殖可分为同配生殖（生殖细胞大小相同）和异配生殖（生殖细胞大小不同）两种类型。目前，纤毛虫有性生殖相关研究主要集中在同配生殖，而关于异配生殖，尤其是大、小生殖细胞分化这一异配生殖过程的关键环节的研究很少。针对纤毛虫异配生殖过程中大、小生殖细胞分化调控的分子基础尚不清楚这一问题，本项目以具有典型异配生殖的缘毛类纤毛虫小口钟虫为对象，开展了大、小生殖细胞分化调控的分子基础研究。主要内容包括：1）通过三代、单细胞转录组等测序技术，获得并解析了小口钟虫的大核参考基因组及其生活史不同发育时期的转录表达谱；2）通过差异表达分析，筛选到了大、小生殖细胞分化相关的基因，包括激酶、磷酸酶、CDK、CYCLIN和蛋白水解酶等，还发现了与高等动物精卵细胞分化和融合相关的基因可能与小口钟虫大、小生殖细胞的分化和融合有关；3）建立了适用于缘毛类纤毛虫的高分辨率显微成像、免疫荧光、RNAi等功能研究方法，并尝试研究大、小生殖细胞的分化调控关键基因的功能。本项目对理解纤毛虫异配生殖过程中大、小生殖细胞分化的调控机制具有重要意义；同时，构建了小口钟虫的模式实验体系，为本项目异配生殖工作的延续以及缘毛类纤毛虫其他研究的开展奠定了基础。