长茎葡萄蕨藻对温度胁迫响应机制的初步研究

【摘要】：长茎葡萄蕨藻是重要的大型经济海藻之一,主要分布在热带亚热带地区,近年来随着消费需求的增长,在日本韩国和一些东南亚国家已经开始了广泛的养殖。长茎葡萄蕨藻养殖对环境条件有着较高要求,其中温度是对其生长影响最大的因素之一。研究长茎葡萄蕨藻对温度胁迫的响应机制,对优化长茎葡萄蕨藻养殖技术有重要意义。本研究首先通过对低温(15℃)和高温(37℃)胁迫下长茎葡萄蕨藻叶绿素荧光参数(最大量子产量,Fv/Fm)、叶绿素含量、丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量、超氧化物歧化酶(Superoxide,SOD)活力、脯氨酸和可溶性糖含量进行测量,探讨了长茎葡萄蕨藻对温度胁迫的生理响应机制;其次为了选择合适的参考基因用于胁迫条件下长茎葡萄蕨藻基因表达分析,对长茎葡萄蕨藻不同组织部位在不同胁迫条件下5个候选内参基因表达的稳定性进行了评价;最后使用转录组测序技术对长茎葡萄蕨藻温度胁迫的早期分子响应机制进行了系统的分析。主要研究结果如下:通过分析温度胁迫下长茎葡萄蕨藻生理指标的变化发现,高温和低温胁迫对长茎葡萄蕨藻的生理和生化过程均产生了严重影响,且两种胁迫的生理响应模式基本相似。低温胁迫和高温胁迫均使长茎葡萄蕨藻最大光量子产量(Fv/Fm)下调,光能转化效率降低;受到温度胁迫后,长茎葡萄蕨藻体内丙二醛含量无显著变化,超氧化物歧化酶活力增强,说明温度胁迫可能导致了活性氧的累积,长茎葡萄蕨藻可以通过激活抗氧化系统来抵抗活性氧给藻体带来的伤害;温度胁迫处理后藻体出现脱水现象,且体内脯氨酸和可溶性糖含量呈上升趋势,说明温度胁迫同时导致了渗透压胁迫,长茎葡萄蕨藻可以通过调整脯氨酸和可溶性糖含量来避免损伤。通过对不同胁迫条件下长茎葡萄蕨藻直立枝和匍匐茎中内参基因表达的稳定性进行研究发现,长茎葡萄蕨藻不同部位、不同胁迫下最适合的内参基因为ClACT,其次为ClGAPDH;而ClTUB表达稳定性较差不适合作为内参基因。在使用RT-qPCR对胁迫条件下长茎葡萄蕨藻进行基因表达分析时,采用ClACT和ClGAPDH组合作为内参基因可得出较为准确的结果。对温度胁迫下长茎葡萄蕨藻转录组数据进行分析发现,长茎葡萄蕨藻对低温胁迫和高温胁迫的分子响应模式具有一定差异。根据相关基因表达情况进行推测可知,低温胁迫下,长茎葡萄蕨藻可能主要通过促进光合作用光反应、天线蛋白相关基因表达,激活过氧化氢酶、超氧化物歧化酶等抗氧化酶,合成脯氨酸、甘油、磷脂酰胆碱等来进行胁迫响应。高温胁迫下,长茎葡萄蕨藻可能主要通过迅速、大幅度提高热激蛋白HSP90、HSP70、HSP20和DNAj相关基因的表达水平,上调钙信号传导通路,促进光合作用光反应和碳同化过程,提高过氧化氢酶、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽转移酶活性,促进氧化磷酸化和糖酵解途径,合成脯氨酸、甘油等来进行胁迫响应。本研究为进一步了解长茎葡萄蕨藻抵抗温度胁迫的生理和分子机理提供了线索。同时,也有助于挖掘长茎葡萄蕨藻抵抗温度胁迫的关键基因和代谢通路,为培育耐低/高温品系奠定了理论基础。