海洋硅藻休眠期細胞形成與萌發的矽代謝分子調控機制

《海洋硅藻休眠期細胞形成與萌發的矽代謝分子調控機制》是依託廈門大學，由梁君榮擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：海洋硅藻休眠期細胞形成與萌發的矽代謝分子調控機制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：梁君榮
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

硅藻休眠期細胞（休眠細胞和休眠孢子）是某些硅藻在生長環境發生變化時的一種特殊的繁殖方式和生存適應。但人們對其休眠期細胞形成與萌發時，活躍的矽代謝過程以及硅藻休眠孢子不同於營養細胞的重矽質化過程及其分子調控機制知之甚少。因此，本項目擬以海洋硅藻假微型海鏈藻和牟氏角毛藻為研究對象，綜合形態學顯微觀察、生理生化指標、基因表達、細胞壁蛋白質組分析及轉錄組測序技術，分別研究其休眠細胞和休眠孢子形成與萌發時的矽吸收與生物矽化特徵，比較重矽質化休眠孢子和非重矽質化休眠細胞形成與萌發時矽代謝及分子調控的差異，以及它們與營養細胞矽代謝的不同，再採用基因沉默等方法進行重要相關基因的功能驗證，最終闡明海洋硅藻休眠期細胞矽吸收和生物矽化特徵及其分子調控機制，以及休眠期細胞作為“藻細胞種子庫”的生態學意義。該研究結果將有助於深入理解海洋硅藻的生存與競爭策略及其在海洋生態系統物質循環和生物進化中的作用。

結題摘要

硅藻休眠期細胞（休眠細胞和休眠孢子）是某些硅藻在生長環境發生變化時的一種特殊的繁殖方式和生存適應現象。但人們對其休眠期細胞形成與萌發時，活躍的矽代謝過程以及硅藻休眠期細胞不同於營養細胞的重矽質化過程及其分子調控機制知之甚少。因此，本項目以海洋硅藻假微型海鏈藻（Thalassiosira pseudonana）和牟氏角毛藻（Chaetoceros mulleri）為研究對象，綜合顯微形態觀察、生理生化指標、蛋白質組學、轉錄組學、基因操作技術、以及生態學分析分別研究了兩者休眠期細胞形成與萌發時的矽吸收與生物矽化特徵、分子調控機制及其生態學意義。主要結果如下：黑暗低溫3月和缺氮缺鐵高鹽協同30天分別誘導了假微型海鏈藻休眠細胞和牟氏角毛藻休眠孢子的形成。進行了休眠細胞和休眠孢子形成過程，在細胞壁顯微形態結構、生理生化特徵、矽吸收與利用、矽化基因表達、及蛋白表達等方面與營養細胞的差異特徵研究。分別解析了假微型海鏈藻休眠細胞與牟氏角毛藻休眠孢子形成過程矽代謝特徵及調控機制。進行了假微型海鏈藻休眠細胞和牟氏角毛藻休眠孢子的萌發實驗。兩者的休眠期細胞都能在幾天內成功萌發。研究了休眠期細胞萌發時的形態、生理變化，解析了牟氏角毛藻休眠孢子萌發過程相關矽代謝基因的表達與調控。運用基因操作技術對2個未知功能的矽化相關基因進行了細胞定位和功能研究，並對矽化相關基因的特有結構域RXL和KXXK的功能進行了進一步解析。結合生態學實驗，揭示了假微型海鏈藻休眠細胞矽代謝調控在其休眠細胞抵禦細菌分解、保持細胞存活方面的重要生態學意義。該研究成果加深了對海洋硅藻矽代謝與生物矽化特徵的理解，特別是對休眠期細胞的作用，有助於深入揭示硅藻生存與競爭策略，以及硅藻休眠期細胞在矽和碳生物地球化學循環的重要生態學意義。