本文關(guān)鍵詞：瑪氏骨條藻在不同環(huán)境條件下的轉(zhuǎn)錄組和表達(dá)譜特征分析

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【摘要】：赤潮是一種異常生態(tài)現(xiàn)象,赤潮的發(fā)生對(duì)于海洋生態(tài)環(huán)境、漁業(yè)生產(chǎn)、旅游業(yè)乃至人類身體健康都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。最近一二十年來(lái),赤潮發(fā)生的頻率不斷增加,范圍不斷加大,產(chǎn)生的危害也不斷加劇,因此,赤潮已成為全球海洋科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。有關(guān)赤潮的研究已經(jīng)取得了大量的成果,但是作為一種重要的赤潮藻,目前對(duì)瑪氏骨條藻的研究仍然比較有限,尤其是缺乏基因組信息,對(duì)其爆發(fā)和消亡的分子機(jī)制缺乏系統(tǒng)深入的研究。本研究利用Illumina高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)瑪氏骨條藻不同生長(zhǎng)期(指數(shù)期、穩(wěn)定期、衰亡期)和低溫脅迫、高溫脅迫、低硅脅迫條件下的轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了測(cè)序,并開展了數(shù)字基因表達(dá)譜(DGE)特征分析。通過全面、系統(tǒng)地了解瑪氏骨條藻轉(zhuǎn)錄組特征,探索不同生長(zhǎng)期的表達(dá)譜差異,深入分析瑪氏骨條藻響應(yīng)低溫、高溫和低硅環(huán)境脅迫的分子機(jī)制,為研究瑪氏骨條藻赤潮爆發(fā)的分子機(jī)制提供新認(rèn)識(shí)。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：(1)利用Illumina高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)不同生長(zhǎng)時(shí)期和不同脅迫處理的瑪氏骨條藻混合RNA樣品進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序,共獲得117,184,612條干凈的短讀長(zhǎng)序列(clean reads),堿基總量約為11.7G,拼接后得到20,319條平均長(zhǎng)度為1,602bp的非重復(fù)序列基因(unigenes)。通過篩查序列中可能存在的分子標(biāo)記,發(fā)現(xiàn)了3,220個(gè)潛在的簡(jiǎn)單重復(fù)序列(SSR)位點(diǎn)、171,260個(gè)單核苷酸多態(tài)性(SNP)位點(diǎn)以及9,464個(gè)插入缺失(InDel)多態(tài)性位點(diǎn)。通過與NR、NT、SwissProt、GO、 KOG、PFAM、KO等多種數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)注釋,發(fā)現(xiàn)瑪氏骨條藻轉(zhuǎn)錄組中包含大量響應(yīng)營(yíng)養(yǎng)鹽缺乏、溫度脅迫、光脅迫等逆境脅迫以及抗氧化系統(tǒng)等相關(guān)功能基因,也發(fā)現(xiàn)許多發(fā)育過程相關(guān)功能基因。通過KEGG代謝途徑分析,發(fā)現(xiàn)了瑪氏骨條藻中包含225條代謝途徑,其中包括與細(xì)胞生長(zhǎng)和衰亡相關(guān)的細(xì)胞周期途徑、細(xì)胞凋亡途徑,參與運(yùn)輸和分解代謝的內(nèi)吞作用途徑,參與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的MAPK信號(hào)通路、鈣離子信使通路、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,參與蛋白質(zhì)折疊、分選和降解的泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)水解通路,以及糖酵解／糖異生代謝通路、丙酮酸鹽代謝通路、脂肪酸生物合成與代謝通路、不飽和脂肪酸生物合成通路等。(2)為了研究不同生長(zhǎng)期的表達(dá)譜特征,將瑪氏骨條藻指數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期三個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期的9個(gè)樣品分別建庫(kù)和Illumina測(cè)序(每個(gè)處理組設(shè)置三個(gè)生物學(xué)重復(fù)),每個(gè)處理組樣品獲得7.74M-12.86M干凈的短讀長(zhǎng)序列,且與瑪氏骨條藻轉(zhuǎn)錄組可比對(duì)(map)上的短讀長(zhǎng)序列數(shù)占短讀長(zhǎng)序列總數(shù)的92.16%-94.55%。三個(gè)時(shí)期基因差異表達(dá)分析表明,1544個(gè)基因在瑪氏骨條藻生長(zhǎng)穩(wěn)定期與指數(shù)期細(xì)胞中存在顯著差異表達(dá),衰亡期和指數(shù)期之間差異表達(dá)基因個(gè)數(shù)為2706個(gè),而穩(wěn)定期與衰亡期差異表達(dá)基因個(gè)數(shù)僅有95個(gè),表明兩個(gè)生長(zhǎng)期之間基因表達(dá)模式比較相似。通過GO富集和KEGG富集分析,這些差異表達(dá)的基因涉及到多個(gè)生物學(xué)功能的調(diào)控,例如能量代謝、脂肪酸合成與代謝、細(xì)胞骨架與微管運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡等。研究還發(fā)現(xiàn),瑪氏骨條藻微管與細(xì)胞骨架相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄活力從指數(shù)期到衰亡期持續(xù)下調(diào)。(3)為了研究瑪氏骨條藻響應(yīng)溫度脅迫環(huán)境的表達(dá)譜特征,將瑪氏骨條藻在低溫脅迫、高溫脅迫、常溫培養(yǎng)的樣品分別建庫(kù)和Illumina測(cè)序,每個(gè)處理組樣品獲得10.60M-14.46M干凈的短讀長(zhǎng)序列,且與瑪氏骨條藻轉(zhuǎn)錄組可比對(duì)(map)上的短讀長(zhǎng)序列數(shù)占短讀長(zhǎng)序列總數(shù)的92.16%-93.84%。對(duì)瑪氏骨條藻低溫脅迫和常溫對(duì)照兩個(gè)表達(dá)譜數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)表達(dá)差異的unigene共有1178條,其中有659條基因在低溫脅迫下表達(dá)豐度上調(diào),519條基因在低溫脅迫下表達(dá)豐度下調(diào)。在高溫脅迫處理的樣品中,發(fā)現(xiàn)表達(dá)差異的基因共有247條,其中上調(diào)表達(dá)的基因128個(gè),下調(diào)表達(dá)的基因119個(gè)。低溫脅迫處理樣品中,GO功能顯著富集的基因主要涉及核糖體結(jié)構(gòu)組分、大分子生物合成、結(jié)構(gòu)分子活性、細(xì)胞組分生物合成、光合作用、碳利用等,KEGG代謝通路顯著富集的基因主要涉及卟啉和葉綠素代謝、脂肪酸合成與代謝、生物素代謝、氨基糖和核苷酸糖代謝。高溫脅迫處理樣品中,GO功能顯著富集的基因主要涉及細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)組分、未折疊蛋白結(jié)合、植物細(xì)胞壁生物合成,KEGG代謝通路顯著富集的基因主要涉及細(xì)胞凋亡、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)加工、MAPK信號(hào)通路、氨基酰tRNA生物合成等代謝通路。(4)為了研究瑪氏骨條藻響應(yīng)低硅脅迫環(huán)境的表達(dá)譜特征,將瑪氏骨條藻在低硅脅迫、對(duì)照組培養(yǎng)的樣品分別建庫(kù)和Illumina測(cè)序,每個(gè)處理組樣品獲得9.60M-12.14M干凈的短讀長(zhǎng)序列,且與瑪氏骨條藻轉(zhuǎn)錄組可比對(duì)(map)上的短讀長(zhǎng)序列數(shù)占短讀長(zhǎng)序列總數(shù)的92.16%-93.69%。在低硅脅迫處理的樣品中,發(fā)現(xiàn)表達(dá)差異的基因共有258條,其中上調(diào)表達(dá)的基因62個(gè),下調(diào)表達(dá)的基因196個(gè)。低硅脅迫處理樣品中,GO功能富集的基因主要涉及乙醇代謝過程、硅酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、微管、光合作用、糖異生、糖酵解等,KEGG代謝通路富集的基因主要涉及丙酮酸鹽代謝、糖酵解、糖異生、檸檬酸循環(huán)、磷酸戊糖途徑等代謝通路。
【關(guān)鍵詞】：瑪氏骨條藻 轉(zhuǎn)錄組 表達(dá)譜 生長(zhǎng)期 脅迫 差異表達(dá)基因
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：Q943.2
【目錄】：

• 摘要5-8
• Abstract8-16
• 第一章 文獻(xiàn)綜述16-37
• 1.1 海洋浮游植物與赤潮16-22
• 1.1.1 海洋浮游植物16
• 1.1.2 赤潮16-20
• 1.1.3 瑪氏骨條藻—一種重要的赤潮藻20-22
• 1.2 轉(zhuǎn)錄組學(xué)概述22-31
• 1.2.1 測(cè)序技術(shù)的發(fā)展22-28
• 1.2.2 轉(zhuǎn)錄組和轉(zhuǎn)錄組學(xué)概念28-29
• 1.2.3 轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究方法29-31
• 1.3 藻類基因組學(xué)研究進(jìn)展31-36
• 1.3.1 藻類基因組研究進(jìn)展31-33
• 1.3.2 藻類轉(zhuǎn)錄組研究進(jìn)展33-36
• 1.4 本研究的目的和意義36-37
• 第二章 瑪氏骨條藻轉(zhuǎn)錄組測(cè)序及分析37-89
• 2.1 材料37-39
• 2.1.1 藻種37
• 2.1.2 f/2培養(yǎng)基37-38
• 2.1.3 主要試劑、儀器及耗材38-39
• 2.1.4 瑪氏骨條藻的培養(yǎng)39
• 2.2 方法39-45
• 2.2.1 瑪氏骨條藻細(xì)胞的收集39-40
• 2.2.2 總RNA提取及質(zhì)量檢測(cè)40-41
• 2.2.3 文庫(kù)的構(gòu)建及測(cè)序41-42
• 2.2.4 測(cè)序數(shù)據(jù)的分析42-45
• 2.3 結(jié)果與分析45-87
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)樣品RNA制備的質(zhì)量檢測(cè)45-46
• 2.3.2 測(cè)序數(shù)據(jù)質(zhì)量情況匯總和轉(zhuǎn)錄本的拼接46-51
• 2.3.3 基因注釋51-66
• 2.3.4 瑪氏骨條藻生長(zhǎng)、繁殖、響應(yīng)逆境脅迫相關(guān)基因66-68
• 2.3.5 MAPK信號(hào)途徑相關(guān)基因68-70
• 2.3.6 內(nèi)吞作用途徑相關(guān)基因70-72
• 2.3.7 細(xì)胞凋亡途徑相關(guān)基因72-74
• 2.3.8 細(xì)胞周期途徑相關(guān)基因74-79
• 2.3.9 泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)水解作用途徑相關(guān)基因79-82
• 2.3.10 SNP和SSR的篩選82-87
• 2.4 討論與小結(jié)87-89
• 第三章 瑪氏骨條藻不同生長(zhǎng)期表達(dá)譜(DGE)特征分析89-136
• 3.1 材料89-90
• 3.1.1 藻種89
• 3.1.2 f/2培養(yǎng)基89
• 3.1.3 主要試劑、儀器及耗材89
• 3.1.4 瑪氏骨條藻的培養(yǎng)89-90
• 3.2 方法90-93
• 3.2.1 瑪氏骨條藻細(xì)胞的收集90
• 3.2.2 總RNA提取及質(zhì)量檢測(cè)90
• 3.2.3 文庫(kù)的構(gòu)建及測(cè)序90
• 3.2.4 測(cè)序數(shù)據(jù)的分析90-93
• 3.3 結(jié)果與分析93-134
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)樣品RNA制備的質(zhì)量檢測(cè)93-94
• 3.3.2 測(cè)序數(shù)據(jù)的產(chǎn)出和質(zhì)量評(píng)估94-97
• 3.3.3 基因表達(dá)水平分析97-100
• 3.3.4 實(shí)驗(yàn)重復(fù)相關(guān)性檢測(cè)100-101
• 3.3.5 不同生長(zhǎng)時(shí)期表達(dá)譜差異表達(dá)基因的篩選及分析101-104
• 3.3.6 不同生長(zhǎng)期表達(dá)譜之間的差異表達(dá)基因聚類分析104-105
• 3.3.7 不同生長(zhǎng)時(shí)期表達(dá)譜差異表達(dá)基因的GO注釋分析105-116
• 3.3.8 不同生長(zhǎng)時(shí)期表達(dá)譜差異表達(dá)基因的GO富集層次分析116-123
• 3.3.9 不同生長(zhǎng)時(shí)期表達(dá)譜差異表達(dá)基因的KEGG Pathway注釋分析123-134
• 3.4 討論與小結(jié)134-136
• 第四章 瑪氏骨條藻溫度應(yīng)答表達(dá)譜(DGE)特征分析136-176
• 4.1 材料136-137
• 4.1.1 樣品來(lái)源136
• 4.1.2 f/2培養(yǎng)基136
• 4.1.3 主要試劑、儀器及耗材136
• 4.1.4 瑪氏骨條藻的培養(yǎng)136-137
• 4.2 方法137-138
• 4.2.1 瑪氏骨條藻細(xì)胞的收集137
• 4.2.2 總RNA提取及質(zhì)量檢測(cè)137
• 4.2.3 文庫(kù)的構(gòu)建及測(cè)序137
• 4.2.4 測(cè)序數(shù)據(jù)的分析137-138
• 4.3 結(jié)果138-174
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)樣品RNA制備的質(zhì)量檢測(cè)138-140
• 4.3.2 測(cè)序數(shù)據(jù)的產(chǎn)出和質(zhì)量評(píng)估140-143
• 4.3.3 基因表達(dá)水平分析143-145
• 4.3.4 實(shí)驗(yàn)重復(fù)相關(guān)性檢測(cè)145
• 4.3.5 不同溫度應(yīng)答表達(dá)譜差異表達(dá)基因的篩選及分析145-149
• 4.3.6 不同溫度應(yīng)答表達(dá)譜的差異表達(dá)基因聚類分析149-150
• 4.3.7 不同溫度應(yīng)答表達(dá)譜差異表達(dá)基因的GO注釋分析150-159
• 4.3.8 不同溫度應(yīng)答表達(dá)譜差異表達(dá)基因的GO富集層次分析159-165
• 4.3.9 不同溫度應(yīng)答表達(dá)譜差異表達(dá)基因的KEGG Pathway注釋分析165-174
• 4.4 討論與小結(jié)174-176
• 第五章 瑪氏骨條藻低硅應(yīng)答表達(dá)譜(DGE)特征分析176-201
• 5.1 材料176-177
• 5.1.1 樣品來(lái)源176
• 5.1.2 f/2培養(yǎng)基176
• 5.1.3 主要試劑、儀器及耗材176
• 5.1.4 瑪氏骨條藻的培養(yǎng)176-177
• 5.2 方法177-178
• 5.2.1 瑪氏骨條藻細(xì)胞的收集177
• 5.2.2 總RNA提取及質(zhì)量檢測(cè)177
• 5.2.3 文庫(kù)的構(gòu)建及測(cè)序177
• 5.2.4 測(cè)序數(shù)據(jù)的分析177-178
• 5.3 結(jié)果178-199
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)樣品RNA制備的質(zhì)量檢測(cè)178-179
• 5.3.2 測(cè)序數(shù)據(jù)的產(chǎn)出和質(zhì)量評(píng)估179-181
• 5.3.3 基因表達(dá)水平分析181-183
• 5.3.4 實(shí)驗(yàn)重復(fù)相關(guān)性檢測(cè)183-184
• 5.3.5 表達(dá)譜差異表達(dá)基因的篩選及分析184-185
• 5.3.6 低硅應(yīng)答和對(duì)照組表達(dá)譜之間的差異表達(dá)基因聚類分析185-186
• 5.3.7 低硅應(yīng)答表達(dá)譜差異表達(dá)基因的GO注釋分析186-192
• 5.3.8 低硅應(yīng)答表達(dá)譜差異表達(dá)基因的KEGG Pathway注釋分析192-199
• 5.4 討論與小結(jié)199-201
• 第六章 總結(jié)201-203
• 參考文獻(xiàn)203-214
• 作者簡(jiǎn)介214-215
• 致謝215-216

  本文關(guān)鍵詞：瑪氏骨條藻在不同環(huán)境條件下的轉(zhuǎn)錄組和表達(dá)譜特征分析

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本文編號(hào)：512918