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微拟球藻高EPA含量藻株筛选及ARTP诱变藻株的转录组分析认领

作者：

周雨晴

学位授予单位：

中国海洋大学

摘要：

海洋微拟球藻（Nannochloropsisoceanica）属于大眼藻纲（Eustigmatophyceae），微拟球藻属(Nannochloropsis)，一般直径为2～4μm，是一种单细胞真核微藻。由于其具有很高的光合作用速率，且生长速度快、二十碳五烯酸（Eicosapentaenoicacid,EPA）含量高，引起了学者们的广泛关注。　　实验包括以下三个部分：　　第一部分：使用除草剂Sandoz9785筛选高EPA微拟球藻，发现当除草剂浓度为58μmoL/L时，可抑制99.1%的藻细胞生长，在该除草剂浓度下，筛选获得2株抗除草剂藻株SA1和SA2。将抗性藻株在无除草剂f/2液体培养基中培养到指数期和平台期，分别测定其叶绿素荧光参数。研究显示，PSⅡ的最大光能转化效率(Fv/Fm)、PSⅡ的潜在活性(Fv/F0)、PSⅡ的实际光能转化效率(ΦPSⅡ)、PSⅡ光合电子传递效率(ETR)等均高于出发藻株。其中，SA2的比生长速率达到0.199d-1,较出发藻株提高了2.31%;SA1的EPA含量较出发藻株藻提高了5.44%，占总脂肪酸含量的27.35%。研究结果表明，使用除草剂Sandoz9785可有效筛选出EPA含量较高的微拟球藻藻株。　　第二部分：对ARTP诱变十株微拟球藻进行筛选，初筛获得一株高EPA含量诱变藻株ARTP04（第十七天）EPA含量占总脂肪酸的24.75%，比出发藻株显著提高27.38%。复筛验证其结果与初筛一致，诱变藻株ARTP04（第十五天）EPA含量占总脂肪酸20.79%，比出发藻株的EPA含量显著提高了14.29%。这证明ARTP诱变微拟球藻筛选高EPA含量微拟球藻工作的有效性和可行性。　　第三部分：利用转录组学方法初步解析EPA合成的代谢调控网络。转录组测序共得到48,369个基因中，发现ARTP04与出发藻株之间有显著差异表达表达基因3,170个，其中包括上调表达基因1425个和下调表达基因1745个。对这些差异表达基因富集分析显示，前8个GO富集条目，涉及甲基转移酶活性、蝶啶化合物的生物合成和代谢过程、双链RNA结合、突触和叶绿素的代谢过程，这意味着ARTP突变可能导致细胞信号转导、次生代谢、DNA和RNA修饰的改变。经KEGG富集分析（P-Valuelt;0.05），大多数差异基因被富集到次级代谢、氨基酸代谢(Valine,leucine,isoleucineandglutamate)、DNA修复、嘌呤代谢、不饱和脂肪酸生物合成、叶绿素代谢等代谢通路中。　　综合生理生化和基因表达结果，认为ARTP诱变微拟球藻EPA积累的分子机制为：ARTP诱变手段使微拟球藻DNA严重损伤时，藻细胞需要大量氮素合成核酸、蛋白质等含氮生物大分子，但培养基中有限氮源使细胞无法摄入足够氮，于是细胞将胞内多余的支链氨基酸（Valine,leucineandisoleucine）降解以回收氮元素，磷酸戊糖途径提供5-磷酸核糖，以提供诱变藻细胞修复DNA和维持生长需要的最低氮。支链氨基酸脱氨产生的碳骨架通过分解代谢转化成乙酰CoA、琥珀酰CoA等，碳元素相对过量，为了维持其胞内的碳、氮平衡和氨基酸累积的动态平衡,氨基酸碳骨架进入TCA循环，中间产物增多，一部分将用来产生脂肪酸合成的底物乙酰CoA，另一部分经氧化脱羧产生ATP和还原力，两过程结合促进胞内大量的合成脂肪酸。　　综上所述。本研究证明了除草剂Sandoz9785可有效筛选高EPA微拟球藻，从ARTP诱变十株微拟球藻筛选获得一株高EPA含量诱变藻株ARTP04，并利用转录组测序初步探究了藻类在ARTP诱变后EPA积累的关键基因、关键调控点及各物质代谢调控网络。

摘要译文

关键词：

海洋微拟球藻; 二十碳五烯酸; 转录组学; 代谢组学

学位年度：

2018

学位类型：

硕士

学科专业：

动物学

导师：

潘克厚

中图分类号：

Q949.212.06;Q943.2[植物基因工程]

学科分类号：

071002[植物学];071007[遗传学];083601[基因工程]