水杨酸和茉莉酸甲酯对高温胁迫龙须菜的作用及其机理研究

Gracilaria lemaneiformis (Rhodophyta) is an important macroalga with good economic value and ecological benefits, which is mainly used to produce agar and to feed the abalone. In the recent years, the G. lemaneiformis aquaculture faced the serious challenges from the heat stress with the increasing global temperature. Thus, how to improve the heat resistance and extend the culture period of G. lemaneiformis in the hot summer, is becoming a major problem in the alga farming industry. In this project, phytohormones of salicylic acid (SA) and methyl jasmonate (MeJA) were chosen to investigate the heat resistance in G. lemaneiformis. First, the physiological and biochemical characteristics of the alga under high temperature were compared after treatments with SA and MeJA, and determine their optimum concentrations to protect the algae. Then, the transcriptome annotation and bioinformatic analysis of G. lemaneiformis were performed by the RNA-seq based on PET technique. Last, transcriptome profiles were analyzed after phytohormone treatments by DGE RNA-seq technique, and the differential expressed genes were verified by the real-time PCR and putative regulatory pathways by phytohormone were proposed. This research will be useful to clarity the metabolic regulation network of SA and MeJA on the algae, and also provide theoretical guidance on the breeding of G. lemaneiformis new lines with heat resistance.

龙须菜（Gracilaria lemaneiformis）是一种具有重要经济价值和生态效益的大型红藻，主要用于琼胶生产和鲍鱼养殖。近年来，随着全球气温不断升高，自然海区的龙须菜养殖也面临着高温逆境的严峻挑战。因此提高龙须菜的夏季耐高温能力、延长其养殖期对龙须菜养殖产业具有重要意义。本项目拟将两种抗逆植物激素—水杨酸和茉莉酸甲酯用于龙须菜高温逆境胁迫研究中。主要研究内容：两种植物激素对高温培养龙须菜的生理生化影响和最适作用浓度的确定；利用基于PET的转录组测序技术进行龙须菜的转录组注解和生物信息学分析；利用DGE转录组测序技术分析两种植物激素单独或联合作用下龙须菜转录谱的变化；利用荧光定量PCR技术进行差异表达基因的验证，分析可能的激素调控途径等。该工作有助于阐明水杨酸和茉莉酸甲酯在低等藻类植物高温逆境胁迫中的作用机理和代谢途径，同时也为植物激素用于龙须菜抗高温品系选育提供理论支持。

龙须菜是一种具有重要经济价值和生态意义的大型海藻，在我国主要用于养殖鲍鱼和生产琼胶。目前我国南方海区夏季龙须菜养殖面临着高温逆境的挑战，因此提高龙须菜的耐高温能力、延长其养殖期对龙须菜养殖业具有重要意义。本项目研究了两种抗逆植物激素—水杨酸（SA）和茉莉酸甲酯（MJ）对高温胁迫龙须菜的作用。主要内容：（1）两种植物激素对高温培养龙须菜的生理生化影响：结果表明100umol/L SA、50umol/L MJ单独使用和50umol/L SA /25umol/L MJ组合使用均可以缓解高温胁迫对龙须菜生长等造成的不利影响，其中以SA100的作用最强。（2）龙须菜转录组分析及差异基因的研究：从高温对照组及添加激素组共4个转录组中测得19.09Gb序列，组装成14,644 条unigenes，其中71.71% 在数据库中得到了注释；在SA、MJ 和 SA/MJ 处理组中分别筛选到519、830和 974 条差异表达基因，共找到216 条协同作用和19条拮抗作用的基因；从测序结果中选取抗热、抗逆、光合作用等相关的4条基因研究了其在转录、蛋白及酶活性水平对高温、SA、MJ等的响应。（3）龙须菜基因组分析及两种激素代谢酶的研究：基因组测序共组装产生了94.6Mb 的scaffold序列，预测了9281条基因；与20个物种的基因组序列进行了系统树的构建，并对龙须菜中的光合作用、碳代谢、激素等代谢通路进行了分析；对SA和茉莉酸代谢途径关键酶进行了高温及激素添加条件下的活性、基因表达及内源SA和茉莉酸含量等分析。以上结果表明两种激素在抗龙须菜高温胁迫中发挥了一定作用，且两者间存在协同作用。该工作有助于阐明激素在低等藻类植物抗高温胁迫中的作用及其机理，也为植物激素用于龙须菜抗高温品系的选育提供基因组层面的资料。