海洋硅藻生物钟基因鉴定及其表达研究

发布时间：2020-06-13 17:43

【摘要】：生物钟是生物长期适应环境周期性变化而进化出的一种内源性适应机制,广泛存在于生物界。生物钟赋予生物体预测时间和环境变化的能力,使生物自身的内源节律与外界环境达到时间和空间上的协调,极大的增加了生物的环境适应性和竞争能力。硅藻是海洋中最重要的初级生产者,在海洋生态系统的物质循环、能量流动和信息传递中起着极其重要的作用。在过去半个多世纪,围绕一些模式物种,如蓝藻、衣藻、果蝇、拟南芥、老鼠和人等的生物钟开展了大量研究,对其生物钟的构成和调控机理有了较为清晰的认识。但是,对海洋硅藻这一重要生物类群生物钟的研究几乎处于空白,对其了解非常有限,很多问题亟待开展研究。本论文以典型海洋硅藻—中肋骨条藻(Skeletonema costatum)和三角褐指藻(Phaeodactylumtricornutum)为研究对象,以已知生物钟基因为参考,综合运用生物信息学和分子生物学的方法,在中肋骨条藻转录组和三角褐指藻基因组中鉴定其生物钟候选基因,经进一步实验验证,建立两种典型海洋硅藻的生物钟分子模型;并通过室内模拟实验,研究不同环境条件下两种典型海洋硅藻的生理生化响应以及生物钟基因的表达模式。取得的主要研究结果如下:(1)运用生物信息学和分子生物学方法在中肋骨条藻和三角褐指藻两种典型海洋硅藻中分别鉴定到18个和17个与生物钟相关基因。虽然海洋硅藻在进化地位上与拟南芥等高等植物较远,但是鉴定到相似的生物钟基因,两种硅藻间的生物钟组成除个别基因存在差异外,大部分基因是相同的。三个生物钟核心基因CCA1、LHY、TOC1在两种海洋硅藻中均被鉴定到,初步建立起了两种典型海洋硅藻的生物钟分子模型;(2)运用生物信息学方法对两种典型海洋硅藻中鉴定到的生物钟相关基因与其它植物生物钟基因进行序列比对以及进化树的构建,发现CCA1、LHY和TOC1三个生物钟核心基因与其他物种核心基因同源,推测为海洋硅藻核心振荡器的关键组成基因,参与生物钟调控过程,但三个基因的进化地位与拟南芥等高等植物较远,可能具有高等植物生物钟核心基因不同的的功能;(3)运用q-PCR技术研究两种典型海洋硅藻生物钟三个核心基因CCA1、LHY、TOC1在不同环境条件下的表达。正常培养条件下,三个基因表达模式具有明显的昼夜变化周期规律,且都以为24 h为进振荡周期,三个基因的表达在夜晚达到高峰,但是这种表达规律与模式生物拟南芥不同。光周期以及氮、磷等营养盐浓度的变化会改变两种硅藻生物钟基因的表达相位,但是两种硅藻生物钟基因表达模式在不同环境因子条件下存在差异。
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境变化中的作用。逡逑通过上述研宄，以期构建典型海洋硅藻生物钟分子模式，探讨生物钟在海洋逡逑硅藻环境适应性中的作用。本论文研宄技术路线如图１－２所示。逡逑中肋骨条藻ｊ邋［三角褐指藻逡逑｜逦Ｉ邋１逡逑１逡逑逦＾—邋＇￣邋￣邋１￣．逡逑￣￣｜正桌条件１逦｜不同环境条件逡逑逦Ｊ；逦邋逦ｓ；逦逦ｉ逦逡逑Ｍｍ．丨逦｜光周期变化组氮浓度变化组｜磷浓度变化组逡逑１逦１逦Ｉ逡逑ｖ逦、ｆ逦逦＾逦邋生逡逑生物钟相关基因鉴定１邋Ｉ引物设计及特异性验证１逦＇￣朱理丨参数一１篇逡逑逦ｉ逦邋逦ｉ逦邋ＨＳ邋ｒｈ邋Ｓ逡逑建立生物钟分子模型１邋｜ＲＮＡ提取；＾ｃＤＮＡ合成１邋细光苷邋＿逡逑＾逦：逦１逦胞邋合\夜逡逑构建进化树逦１邋１实时荧光定量ＰＣＲ邋１邋，

本文编号：2711518