《通過生態基因組學分析探索東海原甲藻的生態適應機制》是依託廈門大學，由林森傑擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：通過生態基因組學分析探索東海原甲藻的生態適應機制
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：林森傑
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
東海原甲藻Prorocentrum donghaiense在我國東海每年形成赤潮造成嚴重海洋生態災害和經濟損失。為了了解其對近海環境富營養化的生態適應、進行爆發性生長的遺傳學機制以及與外部環境因子的相互作用，擬採用生態基因組學技術對研究目標開展生態基因組學研究：1、基因組普查測序和構建東海原甲藻基因組初步框架結構，探索其形成赤潮的基因組結構背景；2、篩選得到與光能利用、光合固碳、氮/磷營養鹽吸收、細胞分裂周期和信號傳導及環境脅迫回響等赤潮形成關鍵過程相關基因和調控元件，確定其在基因組中的拷貝數和分布特性；3、確定關鍵目標基因在不同生長條件下表達水平的變化以及在現場樣本中的差異表達譜；4、整合分析以上數據探究赤潮爆發時，東海原甲藻對環境變動的回響和爆發式增殖的分子遺傳學機制。本研究將為揭示甲藻的生態適應機制和赤潮成因提供前所未有的海量基因組資料和生物學基礎。
結題摘要
東海原甲藻Prorocentrum donghaiense在我國東海每年形成赤潮造成嚴重海洋生態災害和經濟損失。本項目以了解此藻對近海富營養化環境的生態適應、爆發性生長的遺傳學機制以及與外部環境因子的相互作用為目標，以生態基因組學技術為手段，開展了一系列實驗室實驗、高通量測序及赤潮現場觀測。結果發現東海原甲藻：1、具有大且複雜的基因組（～7.6Gbp），平均GC含量約為60%；含有超過58060條基因；2、在氮、磷營養鹽缺乏條件下，細胞停滯在G1期，氮磷相關的代謝通路基因表達出現調整，表現進化適應；可以利用有機氮或有機磷源供其生長；3、細胞周期蛋白，細胞壁纖維素合成酶，光合作用天線蛋白等多個功能基因的表達與其細胞周期節律密切相關；4、具有獨特的質子泵型視紫紅質，能夠更有效利用太陽能，很可能使其在赤潮爆發中占據生態位優勢；5、microRNA是東海原甲藻對磷限條件產生適應的重要調控機制。本項目數次在赤潮期間出海進行環境參數測定及樣品固定，開展宏組學分析。結果發現在浮游植物群落由硅藻優勢到甲藻赤潮的演替過程中， 生物群落的Alpha多樣性顯著下降，赤潮種東海原甲藻的種群數量（rDNA）及生理活性（rRNA:rDNA比）顯著提高，表明該藻自身較高的生長速率及生理活性是促成赤潮爆發的主因。同時，在此過程中，硅藻和甲藻面對外界環境也表現出不同的適應機制：甲藻在光能獲取及磷營養鹽的吸收利用上更具優勢，且在赤潮爆發過程中表達防禦微生物的蛋白；而硅藻具有更活躍的碳水化合物代謝及更強的利用有機氮（尿素）的能力。此外，現場宏轉錄組的數據還顯示有性繁殖（MEI2等減數分裂基因的活躍表達）可能在東海原甲藻快速繁殖導致赤潮過程中起重要作用。通過實驗證據和赤潮現場數據分析，凝練出東海原甲藻赤潮爆發的E-N-D-S機制模式，為進一步深入揭示該甲藻或其它藻有害藻華爆發過程與機制提供新的理論框架。
