微拟球藻对海洋酸化的响应规律和分子调控机制

Ocean acidification made a variety of marine organisms and ecosystems facing a great threat. Response and regulation of marine microalgae to ocean acidification play an important role in global environmental change. Nannochloropsis ,a kind of high nutritional value bait microalgae and most potential mode of industrial oil microalgae, have important research value.In the face of inevitable phenomenon of ocean acidification, what physiological response and molecular regulation mechanism to ocean acidification in Nannochloropsis are still lack of systematic study. Under the background of ocean acidification, physiological and biochemical detection and molecular biological method combining the omics data are proposed in this project. We will study immediate physiological response to long-term ocean acidification and the adaptive response mechanism to long-term ocean acidification in Nannochloropsis. The response process and rule to ocean acidification in Nannochloropsis under different acidification time and scales will be stuied. With the aid of high-throughput sequencing technologies, by comparing the transcriptome data and analying the of the change of main metabolic pathways in Nannochloropsis under the condition of ocean acidification, we will try to interpret its molecular regulatory mechanism. At the same time, through animal feeding experiment,we will analyze the possible effect on the food chain causing from the changes in Nannochloropsis found in the process of ocean acidification . The implementation of this project will provide theory basis for comprehensively analyzing the biological mechanism in dealing with global climate change in Nannochloropsis.

海洋酸化使多种海洋生物乃至生态系统面临巨大威胁。海洋微藻对海洋酸化的响应与调节在全球环境变化中发挥着重要作用。微拟球藻是一种具有高营养价值的饵料微藻和最有潜力的工业产油模式微藻，具有重要研究价值。面对不可逆转的海洋酸化现象，微拟球藻会有什么样的生理响应和分子调节机制目前还缺少系统的研究。本项目将海洋酸化为研究背景，拟采用生理生化检测和分子生物学手段与组学数据相结合的方法，研究微拟球藻对短期酸化环境的应急生理生化响应及对长期酸化环境的适应及进化机制。研究不同酸化时间和尺度下，微拟球藻对海洋酸化的响应过程和规律，借助高通量测序技术，通过比较转录组数据，分析微拟球藻在酸化条件下主要代谢途径的变化，阐释其分子调控机制。同时，通过动物喂养实验，分析海洋酸化过程中微拟球藻的变化可能对食物链的影响。 本项目的实施将为全面解析微拟球藻应对全球气候变化的生物学机制研究提供理论依据。

通过模拟二十一世纪末的CO2浓度水平与目前大气中CO2浓度对海洋微拟球藻进行了不同酸化时间尺度的研究。探究了微拟球藻应对海洋酸化的生理生化响应和规律，分析主要代谢途径的变化，阐释其分子调控机制。同时，通过动物喂养实验评估可能引起的生态学效应。. 结果表明，升高CO2能提高藻细胞的叶绿素含量，从而促进光合固碳途径（Fv/Fm和固碳率），显著促进了微拟球藻的生长和光合作用。同时，ST和LT下C、N含量也显著增加，其C/N比率也显著提升，高碳下生长的微拟球藻提升了C/N比率来维持藻细胞处于稳态平衡。在短期的应急反应中，微拟球藻显著提高了可溶性碳水化合物含量，增加了蛋白含量，并且提升了细胞内的USFAs所占比例，但是T-SOD的活力下降。在长期的适应性中，微拟球藻显著增加了总酚含量但是总蛋白含量以及T-SOD活力显著降低，与正常培养条件下的微拟球藻相比脂肪酸谱发生特异性改变，多不饱和脂肪酸比重提升。. 转录组学和代谢组学的结果分析表明，短期酸化下微拟球藻的部分代谢通路的基因差异表达并不显著，只在卡尔文循环中发现大多数基因显著下调。而在长期酸化下，卡尔文循环、脂肪酸生物合成、TAG合成以及氮同化通路均显著下调，但是脂肪酸β-氧化通路显著上调。代谢组的结果显示，LT下微拟球藻的部分氨基酸含量显著上升，碳水化合物含量降低，并且提高了PUFAs所占比例，使LT的藻细胞营养品质得到提升。为了适应长期酸化环境，微拟球藻改变了自身的代谢调控机制，通过糖酵解和β-氧化消耗碳水化合物和脂肪酸为藻细胞提供大量能量，从而能在长期的高碳、低pH环境下保持稳定快速生长，形成了独特的适应性进化。. 将经过酸化诱导后与正常培养条件下的藻液分别喂养轮虫。将微拟球藻与轮虫的脂肪酸谱结合分析，表明酸化对微藻营养品质的改变将会通过营养级的传递转移到轮虫群体，因此可能通过食物链的营养传递对整个海洋地球生态系统产生影响。.