酸性矿山废水中嗜酸衣藻基因组学与转录组学研究

发布时间：2020-05-16 13:27

【摘要】：酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)是由硫化矿物长期暴露于地表氧化产生,具有强酸性,金属含量高等特点。相对于酸水中的原核生物,真核生物的研究较为薄弱。光合藻类是很多酸性环境的初级生产者,可以作为硫酸盐还原菌的碳源修复酸性矿山废水。因此,它们在酸性生态环境中发挥着不可或缺的作用。为了理解嗜酸藻类在极端酸性环境中的代谢功能及适应机制,本论文以分离得到的一株嗜酸衣藻为研究对象,对其进行了基因组学与转录组学分析。具体研究结果如下:(1)从安徽某铁矿酸性矿山废水中分离纯化出了一株光合藻类,经18S rRNA基因测序和系统发育学分析,确定其为嗜酸衣藻,命名为Chlamydomonas sp.1710。该衣藻最适生长pH为3.0,最适生长温度在10~20℃之间,最适光强为180μE m~(-2) s~(-1)。(2)Chlamydomonas sp.1710以信号转导为主的通路中,通过合成热休克蛋白(HSP)来抵御重金属。藻类通过生成谷胱甘肽(GSH)来促进植物螯合肽(PCs)合成,抵抗高浓度金属毒性。该藻基因组中有丰富的脂肪酸去饱和酶(ADS3)、Aldo/keto还原酶家族蛋白(AKR4C9)和阳离子转运ATP酶(HMA4)、DNA修复蛋白(UVH1)的编码基因,这些基因的的高效表达可以帮助嗜酸衣藻适应极端环境。(3)Chlamydomonas sp.1710对金属有很强的耐受性,在含有500 mg/L Al~(3+)的培养基中生长速度高于空白组。转录组学分析表明,该藻可以在500 mg/L Al~(3+)中高效表达3-磷酸甘油醛脱氢酶(GAPB)和Aldo/keto还原酶家族蛋白(AKR4C9),用以消除Al~(3+)对细胞的危害。(4)在500 mg/L Al~(3+)的培养条件下,V型质子ATP酶(VHA)的表达比空白组高,阳离子转运ATP酶(HMA4)、ATP酶偶联离子跨膜转运蛋白(PAA1)以及活性离子跨膜转运蛋白(AHA2)只在500 mg/L组中出现,这些酶都可以结合重金属离子。由于Al~(3+)的增加,这些耐金属基因被表达。(5)在氧化磷酸化通路的复合体Ⅴ中,500 mg/L组检测到可与金属结合的蛋白的种类多于对照组,其中F型H~+ATP转运酶α亚基和γ亚基(ATP5A;ATP5C1),V型H~+ATP转运酶亚基B(ATP6B)均可对重金属胁迫做出响应。光合作用中,可产生ATP的F型H~+-ATP合成酶a亚基和c亚基(ATPF0A;ATPF0C)仅在500 mg/L表达。另外在乙醛酸和二羧酸代谢中,可应对重金属胁迫谷氨酰胺合成酶(GLN1-3)仅在500 mg/L样品中被表达。
【图文】：

位点,酸水

矿区酸性矿山废水库中真核衣藻应对极端环境时所表达的功能基因以及代谢通路展开研究。PT水库是一个封闭的酸水废水库（图2-1），形成于20世纪70年代。其成因是由于在矿山开采过程中，由于采矿的剥离物堆放在采场附近的排土场内，经过一系列微生物催化以及化学反应，逐渐形成含有极高浓度硫酸的酸水库。其东西宽约300 m，南北长约700 m，，酸水库深为15 m，水域面积为1×105m2，库容量约为3×106m3

仪器设备

现场采样
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X751

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