不同光照度保存下波吉卵囊藻的生长、生化组分及转录组分析

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波吉卵囊藻是实验室从亚热带对虾高位养殖池塘分离出来的绿藻,在对虾养殖水质调控方面具有显著优势,目前,我国是全球首个将波吉卵囊藻开发成产品并实现产业化的国家,如何使微藻生态制剂产品实现易贮藏、长期贮藏且维持生物活性是波吉卵囊藻产业化和在对虾养殖中应用所存在的关键问题。本文以波吉卵囊藻作为研究对象,将波吉卵囊藻浓缩(1.22±0.2×107 cell/m L)并于40 lx、400 lx、1500 lx、3000lx和5000 lx五个光照度下常温(25℃)保存100 d。通过测定保存期间的生物量、叶绿素含量、总糖、总蛋白和脂质含量、存活率以及复苏培养阶段的比增长率和色素含量等指标,研究光照度对波吉卵囊藻保存期间生长、生化组分和复苏效果的影响。最后,对不同光照度(40 lx、1500 lx和5000 lx)保存下的波吉卵囊藻进行转录组测序,探索不同光照度保存的表达谱差异,分析波吉卵囊藻响应光照度的分子机制,为研究波吉卵囊藻的常温保存的分子机制提供新认识。主要研究结果如下:1.光照度会对室温保存100 d的浓缩波吉卵囊藻生长、色素含量及生化组分产生显著影响(p<0.05)。弱光(40 lx)及低光条件(400 lx)下波吉卵囊藻出现不增长或负增长,生长最好的是正常光照(1500 lx)条件下的波吉卵囊藻。波吉卵囊藻的叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均随时间呈下降趋势,但各色素含量与光照强度呈负相关,类胡萝卜素/总叶绿素随光强的增加而增加。波吉卵囊藻在不同光照度下会累积不同的生化成分以应对环境变化。弱光(40 lx)条件下波吉卵囊藻积累了大量的碳水化合物和蛋白质,而强光(5000 lx)条件下积累了大量的脂质。2.光照度对室温保存100 d的浓缩波吉卵囊藻的存活率及再培养过程的生长和色素有显著影响(p<0.05)。其中400 lx下保存的浓缩波吉卵囊藻存活率显著低于其它组(p<0.05),为82.56±1.72%;极低光照度或高光照度下保存的波吉卵囊藻存活率较高,在87.78±1.08%~91.50±0.94%;波吉卵囊藻在不同光照度下保存时间达60 d后经复苏培养(7~10 d),其比增长率与光照度呈正相关;40 lx下保存的波吉卵囊藻在复苏短期内(2~3 d)比增长率要显著高于其他组(p<0.05),之后则该优势消失;不同光照度下保存40 d后的波吉卵囊藻在复苏培养阶段叶绿素含量会增多。3.与正常光照组(1500 lx)相比,在弱光(40 lx)条件下保存的波吉卵囊藻,光合作用—天线蛋白通路的基因及光合磷酸化过程的关键基因都显著上调,大量的CO2被固定转化为糖。核糖体结构及功能的相关基因显著上调,表明在弱光条件下不仅新生蛋白质合成中的肽链的延伸,识别与转运得到促进,且对蛋白结构的保护作用也加强,从而导致蛋白含量的显著升高。过氧化酶体及不饱和脂肪酸合成相关途径基因显著上调,表明此时波吉卵囊藻细胞的抗氧化能力的提升。在氮代谢途径中的相关基因显著上调,表明细胞对外界无机氮有机氮均有较高的吸收能力,为蛋白质及核酸等的合成提供了原料。4.与正常光照组(1500 lx)相比,在强光(5000 lx)条件下保存的波吉卵囊藻,编码PSⅡ反应中心蛋白D1和D2的psb A、psb D基因,捕光色素蛋白亚基cp47的Psb B基因显著下调,表明波吉卵囊藻长期处于强光条件时,PSⅡ受到抑制,PSⅡ反应中心蛋白减少,结构稳定性下降,PSⅡ对光的利用能力下降,电子传递和H+生成减少,增加的细胞色素b6/f复合物可帮助转移PSII产生的电子并增加PSI周围的环状电子流,同时在高光下产生ATP。过氧化酶体相关基因显著上调较弱光更多,表明相对于弱光,强光对其抗氧化系统的刺激更大,相关酶的合成也被促进,并且脂肪酸与不饱和脂肪酸β氧化过程也得到促进,进而促进了脂肪酸与不饱和脂肪酸的合成,且强光下主要合成的是DHA。对氮代谢途径的各基因显著上调,为该条件下蛋白质及核酸等的合成提供了原料,且甲酰胺酶(EC 3.5.1.49)各相关基因较弱光显著上调,表明强光更利于有机氮的吸收。
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