微拟球藻PJ12的二十碳五烯酸和假单胞菌ZS1的鼠李糖脂生物合成调控的转录组分析

发布时间：2020-07-07 11:44

【摘要】：海洋微生物能产生多种异于陆生微生物的重要活性化合物。众所周知,二十碳五烯酸(EPA)和鼠李糖脂是益于人类健康的活性物质。然而生产成本高、产量低等问题的存在限制了它们的大规模开发和应用,因此如何提高活性物质的产量、降低生产成本一直是研究人员关注的问题。而这些活性物质的合成和调控复杂增加了解决问题的难度。为此,本文以产EPA的微拟球藻PJ12和产鼠李糖脂的假单胞菌ZS1为研究对象,深入了解目的产物的合成及相关基因调控。本文从高通量基因表达(GEO)数据库中获取微拟球藻PJ12分别培养在缺氮条件和不缺氮条件下的转录组数据,对其组装和注释,共得到20,096条被注释的ESTs,4,651条ESTs差异表达。基于转录组数据重建了与EPA生物合成相关的代谢通路,发现在氮胁迫条件下卡尔文循环、糖酵解以及脂肪酸合成途径中几乎所有酶的活性均下降,而三羧酸循环和β-氧化中大部分酶活性显著升高。值得注意的是,在氮胁迫条件下EPA生物合成途径中Δ6去饱和酶和Δ15去饱和酶的活性显著下降。本文还从GEO数据库中获取假单胞菌ZS1分别在矿物盐培养基中添加了 2%葡萄糖和2%酵母提取物的条件下培养的转录组数据,基于基因组信息进行转录组分析,重建了与鼠李糖脂合成相关的代谢通路,发现在葡萄糖条件下参与Entner-Doudoroff途径和鼠李糖脂及其前体合成过程的大部分基因显著上调表达,而参与三羧酸循环的大部分基因均下调表达。基于假单胞菌ZS1转录组数据,本文提出SPAdes结合RAST平台对转录组数据组装和注释的新方法,发现该方法获得基因与基于基因组获得的基因长度间相关性系数r2高达0.979,而且发现分析代谢途径结果与基于基因组的近乎相同。综上所述,本文通过对微拟球藻PJ12和假单胞菌ZS1的转录组分析,不仅增加了对EPA和鼠李糖脂生物合成相关代谢通路的了解,而且发现了影响其生物合成的重要基因,为后续通过代谢工程手段提高EPA和鼠李糖脂产量提供理论依据和参考。同时原核生物转录组新分析方法的提出为转录组研究提供一种新的分析思路。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R915
【图文】：

网上通过脂肪酸延长酶和去饱和酶催化，经过一系列反应而获得的［３２］。其中脂肪逡逑酸去饱和酶是多不饱和脂肪酸合成的关键酶，它们控制着多不饱和脂肪酸去饱和逡逑的程度［３３］。图１．２为微拟球藻中ＥＰＡ的生物合成途径。逡逑ＥＰＡ的合成过程中需要一系列酶进行催化，经过缩合、还原、脱水等反应来逡逑４逡逑

集的ＥＳＴｓ越多。方框标出的为该通路中ＥＳＴ富集的窗，而星号（＊）表示差异表达ＥＳＴｓ逡逑富集的通路。逡逑图２．３Ａ是藻株ＰＪ１２培养在ＮＲ条件下１２，６０９条ＥＳＴｓ代谢通路富集的分析逡逑结果。从图可见，有９条代谢通路富集差异表徸的ＥＳＴｓ，分别为Ｇｌｙｃｏｌｙｓｉｓ／逡逑ｇｌｕｃｏｎｅｏｇｅｎｅｓｉｓ、ＴＣＡ邋ｃｙｃｌｅ、Ｐｅｎｔｏｓｅ邋ｐｈｏｓｐｈａｔｅ邋ｐａｔｈｗａｙ、Ａｍｉｎｏ邋ｓｕｇａｒ邋ａｎｄ邋ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ逡逑ｓｕｇａｒ邋ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ、Ｐｙｒｕｖａｔｅ邋ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ、Ｇｌｙｏｘｙｌａｔｅ邋ａｎｄ邋ｄｉｃａｒｂｏｘｙｌａｔｅ邋ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ、逡逑Ｏｘｉｄａｔｉｖｅ邋ｐｈｏｓｐｈｏｒｙｌａｔｉｏｎ、Ｃａｒｂｏｎ邋ｆｉｘａｔｉｏｎ邋ｉｎ邋ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ邋ｏｒｇａｎｉｓｍｓ邋禾口邋Ｐｏｒｐｈｙｒｉｎ逡逑ａｎｄ邋ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ邋ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ。其中邋４邋条邋Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ邋ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ邋和邋２邋条邋Ｅｎｅｒｇｙ逡逑ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ通路的１号窗中富集较多的ＥＳＴｓ，这些ＥＳＴｓ表徸水平较高，为维持逡逑藻细胞的正常生命活动提供物质基础和能量来源。逡逑图２．３Ｂ是藻株ＰＪ１２培养在ＮＤ条件下１２

素等含量会下降，而糖类、脂类等不需要氮元素参与合成的营养组成含量会明显逡逑上升＿。逡逑图２．３Ｃ是４，６５１个差异表徶ＥＳＴｓ代谢通路富集的结果。从图可知，有３条逡逑代谢通路富集差异表达的ＥＳＴｓ，分别是ＴＣＡ邋ｃｙｃｌｅ、Ｐｒｏｐａｎｏａｔｅ邋ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ和逡逑Ｇｌｙｃｅｒｏｌｉｐｉｄ邋ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ。其中富集于邋Ｇｌｙｃｅｒｏｌｉｐｉｄｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ邋的邋ＥＳＴｓ邋主要在邋１邋和逡逑２窗，说明这些ＥＳＴｓ在ＮＤ条件下被诱导高表达，有助于甘油脂类的积累。逡逑２．２．７基于ＥＰＡ生物合成的相关通路分析结果逡逑根据获得注释的稳定表达的１２，６０９条ＥＴＳｓ代谢通路注释结果，将相关的通逡逑路如邋Ｇｌｙｃｏｌｙｓｉｓ／ｇｌｕｃｏｎｅｏｇｅｎｅｓｉｓ、Ｃａｌｖｉｎ邋ｃｙｃｌｅ、ＴＣＡ邋ｃｙｃｌｅ、Ｐ－ｏｘｉｄａｔｉｏｎ、Ｆａｔｔｙ邋ａｃｉｄ逡逑ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ和ＥＰＡ邋ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ途径进行重建。通过比较ＮＤ和ＮＲ两种条件下相逡逑关ＥＳＴｓ表达上下调变化情况，来了解相关代谢流的方向，特别是与ＥＰＡ生物合逡逑成相关的基因调控表达。逡逑Ｄ－ｇｌｕｃｏｓｅ逡逑１２．７．１．１邋ＴｔＸ２￣］逦Ｃａｌｖｉｎ邋ｃｙｃｌｅ逡逑Ｄ－ｇｌｕｃｏｓｅ－６Ｐ逦Ｅｒ＞ｔｈｒｏｓｅ－４Ｐ邋—｜４Ｔｌ．２．１３｜—＞？邋Ｓｅｄｏｈｅｐｔｕｌｏｓｅ－ｌ

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本文编号：2745077