厦门大学海洋与地球学院

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我院课题组在东海原甲藻赤潮暴发的分子调控机制研究上取得新进展
COE COE 2019/12/6 538 返回上页

2019年9月,我院林森杰教授课题组在《Science of the Total Environment》期刊发表题为" Comparative metatranscriptomic profiling and microRNA sequencing to reveal active metabolic pathways associated with a dinoflagellate bloom "的研究论文。

有害藻华是指在特定环境条件下,单细胞藻类暴发性增殖并积累的现象。近年来,随着人类活动增多、全球气候及环境变化,赤潮的暴发频率、造成破坏性影响的物种、地理范围、持续时间和严重程度都大大增高。赤潮宏转录组水平基因的研究可以揭示甲藻赤潮发生的可能机制,为赤潮灾害防治提供分子基础和理论依据。

本研究利用分子生物技术对厦门湾白城海域发生的甲藻赤潮进行研究。课题组通过采集2014年5月6-7日23:00(Night),7日5:00(Morning)和13:00(Day)三个连续时间点的赤潮样本,经电镜检验和18srDNA分析结果表明东海原甲藻为赤潮物种。营养富加实验表明赤潮发生时营养盐不处于限制状态。结合另一东海原甲藻赤潮和室内营养盐充足和磷限条件下培养样本的转录组数据,利用比较宏转录组分析方法揭示东海原甲藻的活跃代谢通路。结果表明赤潮发生时东海原甲藻高表达的基因主要参与氮、磷吸收,吞噬作用,能量代谢(包括光合作用、氧化磷酸化和视紫红质),以及碳水化合物代谢(包括糖酵解/糖异生、TCA循环和戊糖磷酸途径)。东海原甲藻中许多基因都在晚上上调表达,包括吞噬和环境交流相关的基因。与有有丝分裂相关的基因表达也非常活跃。相比于室内营养盐充足和磷限条件下培养的东海原甲藻样本,8个微生物防御相关的基因都上调表达。此外,课题组从赤潮样品中找到76个小RNA,相比于室内培养的样本,它们的靶基因在氨基酸代谢调存在较大差异。本研究揭示了东海原甲藻赤潮的重要代谢通路,为今后研究开发赤潮标记提供一个基因库。

文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969719343141

Cite: Yu, L., Zhang, Y., Li, M., Wang, C., Lin, X., Li, L., Shi, X., Guo, C., and Lin, S. (2020). Comparative metatranscriptomic profiling and microRNA sequencing to reveal active metabolic pathways associated with a dinoflagellate bloom. Science of the Total Environment, 699, 134323.

图1采样地点。

图2 基于18S rDNA条形码技术的真核浮游植物组成。

图3 三个赤潮样本的基因表达。表达RPKM值大于5000的基因标记出基因名。红色点为功能未知的基因。

图4 白城与中国东海赤潮样本中共同高表达的基因。(A)高表达基因数量韦恩图;(B)共同高表达基因中与能量获取相关的基因;(C)共同高表达基因的功能富集分析。高表达的基因定义为每个样本中表达量位于75%以上的基因。

图5 白城赤潮样本与室内培养样本相比在能力获取、营养转运和防御方面的差异表达基因。

图6 赤潮与室内培养样本中东海原甲藻小RNA及其靶基因的表达。(A)靶基因的功能富集;(B)赤潮与室内培养样本中差异表达小RNA;(C)赤潮样本中最高差异表达小RNA及其靶基因表达;(D)室内培养样本中最高表达的小RNA及其靶基因表达。