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诱导子对雨生红球藻虾青素含量的影响及其分子机理的初步研究

王丽丽  
【摘要】:雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)是一种单细胞绿藻,在多种逆境胁迫条件下能够大量合成并迅速积累具有重要价值的次生代谢产物——虾青素。诱导子能促进许多陆地植物细胞次生代谢产物的合成,但诱导子对藻类,特别是雨生红球藻中虾青素含量的影响还未见相关报道。因此本实验研究了不同质量浓度的诱导子甲基茉莉酸(MeJA)、花生四烯酸(AA)和硫酸铈铵(CAS)对雨生红球藻细胞生长和虾青素含量的影响,筛选适合雨生红球藻虾青素积累的最佳诱导子。本研究还采用RT-PCR技术从雨生红球藻中克隆了虾青素生物合成途径的第一个关键酶基因dxs的核心片段,并对其进行了生物信息学分析。通过研究MeJA、AA和CAS诱导条件下的虾青素含量与dxs基因表达量之间的相关性,以求在分子水平上初步阐明雨生红球藻虾青素积累的原因和机理,为虾青素的大规模工厂化生产提供理论基础。 研究不同质量浓度诱导子对雨生红球藻细胞生长的影响,结果表明,MeJA和CAS均抑制雨生红球藻细胞的生长,高浓度诱导子对雨生红球藻细胞的生长有强烈的抑制作用。而添加适宜浓度的AA能够促进雨生红球藻细胞的生长,其中,62.5 mg/L的AA处理效果最佳,在培养第18 d时细胞密度达12.661×105 cells/ml,相比对照组(10.290×105 cells/ml)增加23.04%。 研究不同质量浓度诱导子对雨生红球藻虾青素含量的影响,结果表明,3种诱导子均能显著促进雨生红球藻单位细胞虾青素的合成。800μmol/L的MeJA处理下,在培养第18 d其单位细胞虾青素含量达1.75×10~(-4) mg/105cells,相比对照组(1.42×10~(-4) mg/105cells)增加23.24%;312.5 mg/L的AA处理下,在培养第18 d其单位细胞虾青素含量达2.68×10~(-4) mg/105cells,相比对照组增加88.73%;2 mg/L的CAS处理下,在培养第18 d其单位细胞虾青素含量达1.46×10~(-4) mg/105cells,相比对照组增加1.41%。 研究不同质量浓度诱导子对雨生红球藻总虾青素产量的影响,结果表明,添加不同质量浓度MeJA和CAS的总虾青素产量均低于对照组,而添加了0.1~312.5 mg/L AA的处理则不同程度地提高了雨生红球藻的总虾青素产量。其中,312.5 mg/L的AA处理效果最佳,不仅使细胞完全变红的周期较对照组提前20 d,且总虾青素产量在培养第18 d达2.987 mg/L,相比对照组(1.466 mg/L)增加了103.75%,增产效果非常明显。 采用RT-PCR技术从雨生红球藻中克隆得到了虾青素合成的第一个关键酶基因dxs的核心片段,该核心片段长度为827 bp,包括不完整的开放阅读框(ORF),编码275个氨基酸。DXS蛋白比对结果显示,推导的HpDXS蛋白与其他物种DXS蛋白的同源性达70%~90%,其中与莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)DXS蛋白的同源性最高。系统进化树分析表明,按种属间亲缘关系的远近主要分为植物、藻类、细菌3个大分支。其中,雨生红球藻与同属团藻目的莱茵衣藻形成一个独立分支,两者亲缘关系很近。 研究不同质量浓度诱导子诱导下雨生红球藻细胞dxs基因的表达水平,结果表明,适宜质量浓度MeJA、AA和CAS能够增强dxs基因的表达水平。其中,800μmol/L MeJA、312.5 mg/L AA和2 mg/L CAS处理条件下,dxs基因的表达水平分别为最强。 研究不同质量浓度诱导子作用下的雨生红球藻虾青素含量与dxs基因表达量之间的相关性,结果表明,3种诱导子作用下的雨生红球藻虾青素含量和dxs基因表达量均呈线性相关,其相关系数分别为0.8124、0.9680、0.9666,因此用dxs基因的表达水平可以反映雨生红球藻的虾青素含量,表明dxs基因是雨生红球藻虾青素合成的一个关键酶基因。


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