基于转录水平的亚历山大藻赤潮爆发的分子机理研究

赤潮作为一种生态现象，由于对环境、水产养殖业、渔业、旅游业和人类健康的严重影响而受到广泛关注。目前对赤潮爆发的海洋学、生态学方面有较多的认知，而对赤潮爆发的分子机理方面还未见研究报道。本课题拟以亚历山大藻为代表研究赤潮爆发性生长的分子生物学过程和特征，从转录水平分析爆发状态下赤潮藻的生理调控机理和过程，采用转录组学、抑制性消减杂交（SSH）和小RNA技术，筛选和分离亚历山大藻启动爆发性生长的基因和调控序列，结合对其生理状态特性的研究，揭示赤潮爆发生物过程的分子机理和遗传基础；确定赤潮爆发的指征性信号，建立相关基因表达与生物量增长之间的关系，为赤潮预报提供新的思路和手段，在应用中将为实现赤潮的预警预报和防治奠定基础。本课题具有显著的科学意义和潜在的应用价值。

赤潮作为一种生态现象受到广泛关注，对其爆发的分子机理方面还未见报道。对链状亚历山大藻延迟期、对数期和诱导下的对数期的mRNA分别进行测序，共得到118,304条unigenes，GO分析表明涉及蛋白结合、ATP结合催化活性和膜相关的Unigene数目较多。COG分析显示翻译、核糖体结构和生物合成、复制、重组与修复相关基因最多。KEGG分析包含Unigene数目最多的两条途径分别是剪切体和翻译因子。比较了链状亚历山大藻在不同生长时期的基因表达，获得了在不同生长时期差异表达的基因，基因功能聚类分析显示在对应不同条件间差异的多个相同与不同的代谢途径与生物过程。进一步利用RNA-seq技术检测了链状亚历山大藻在正常的f/2培养基、高磷高锰诱导条件、低磷诱导、低氮诱导、高光照五个培养条件下基因表达差异，通过GO富集分析以及KEGG富集分析，发现除核糖体生物合成外，其余基因主要注释到磷酸戊糖途径、碳的固定以及氮代谢等代谢通路中。. 选取了五个与生长调控相关或在细胞不同生长时期差异表达的基因：细胞核增殖抗原(pcna)、钙调蛋白(cam)、泛素（ubi）、端粒酶基因（tel）和富含甘氨酸蛋白（grp），研究了五个基因在延迟期、对数期及高P、高Mn诱导下的对数期和衰亡期，和外界环境刺激（热激）的响应情况。结果显示链状亚历山大藻爆发性生长过程与pcna、cam、grp等基因表达的上调呈现明确的正相关，相应基因的表达变化可以指征细胞即将进入快速生长期。.研究了对数生长期、衰亡期、高氮、低氮条件下的藻细胞中可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、丙二醛（MDA）、过氧化氢（H2O2）和还原型谷胱甘肽（GSH）含量、光合速率和呼吸速率、DNA降解、端粒酶活性的变化。提供了其爆发性生长的生理特征。. 构建了延迟期、对数期小RNA文库，共预测到15个潜在的新颖miRNA，得到8个显著性差异表达的miRNA，在不同生长时期特异表达的miRNA可能在链状亚历山大藻的生长调控相关，差异表达miRNA的靶基因最富集的是蛋白结合和膜相关蛋白，主要富集的代谢通路是：细胞周期，Ca2+信号通路等。. 首次揭示了链状亚历山大藻爆发性生长基因表达宏观调控的机理，确认了几个代谢途径在生长调控中在生长调控中的关键作用，也为进一步深入解析赤潮爆发机理提供了思路和线索。