【摘 要】
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植物激素是调节细胞生长代谢的重要小分子信号物质,对微藻生物量积累和胞内油脂富集具有关键调控作用,然而其诱导微藻胞内油脂合成积累的具体分子机制尚不清晰。本文利用水杨酸、茉莉酸甲酯、脱落酸诱导培养食源性胶球藻Coccomyxa subellipsoidea C-169,探究了3种外源植物激素对胶球藻生长及油脂积累的影响,并初步解析了最佳外源激素诱导胶球藻油脂积累的调控机制,主要研究结果如下:1)将不同
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植物激素是调节细胞生长代谢的重要小分子信号物质,对微藻生物量积累和胞内油脂富集具有关键调控作用,然而其诱导微藻胞内油脂合成积累的具体分子机制尚不清晰。本文利用水杨酸、茉莉酸甲酯、脱落酸诱导培养食源性胶球藻Coccomyxa subellipsoidea C-169,探究了3种外源植物激素对胶球藻生长及油脂积累的影响,并初步解析了最佳外源激素诱导胶球藻油脂积累的调控机制,主要研究结果如下:1)将不同浓度水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(Me JA)、脱落酸(ABA)分别添加至生长初期(0 h)和稳定期(168 h)的胶球藻培养体系,结果显示生长初期添加20 mg/L SA培养216 h获得的最高油脂产量为3.05 g/L,较对照组提高19.73%;生长稳定期添加5 mg/L Me JA继续诱导48 h获得的最高油脂产量为2.89g/L,较对照组提高13.21%;生长稳定期添加8 mg/L ABA继续诱导48 h获得的最高油脂产量为3.16 g/L,较对照组提高24.02%。因而胶球藻生长稳定期添加8mg/L ABA继续诱导48 h的油脂产量增幅最大。2)基于所得胶球藻最佳油脂积累诱导条件,以生长稳定期胶球藻添加8mg/L ABA继续诱导48 h细胞为实验样本,以无ABA处理藻细胞为对照样本进行转录组学分析,结果显示1102个显著差异表达基因(DEGs),其中568个显著下调,534个显著上调,以Gene 39868、42677、54573和83467进行q RT-PCR,其表达模式与转录组一致,证实转录组筛选差异表达基因数据较为可靠。且在外源ABA诱导下,上调DEGs主要富集在油脂代谢和氨基酸代谢路径,下调DEGs主要位于能量代谢、辅助因子和维生素代谢通路,并甄选得到调控胶球藻油脂合成积累的38个关键DEGs。基于GO和KEGG注释及富集分析进一步筛选出植物激素信号传导通路上38个关键差异基因,其中ABA信号通路基因(Gene 64904、25912和47867)、生长素信号通路基因(Gene 59830、40946、65085和59751)、乙烯通路基因(Gene 52299)和ROS信号通路基因(Gene 37867和15220)显著差异表达。3)对胶球藻激素信号通路上游38个关键基因(KEYGENEs)和下游油脂合成路径上的38个关键调控DEGs做启动子顺势作用元件预测及表达相关性分析,这证实响应外源ABA诱导的胶球藻胞内植物激素信号通路的上游基因能影响下游油脂积累路径关键基因表达模式,从而调控胶球藻油脂富集。而后基于2)中激素信号通路上游KEYGENEs和下游油脂合成相关路径DEGs,构建了外源ABA诱导胶球藻胞内油脂积累路径,并对调控油脂积累的显著差异表达基因所在路径相关调控酶PGK、GPD、ME、FAS、GDPD、MGAT和DGAT活性表征,发现ABA诱导藻细胞样本PGK活性较无ABA诱导对照样本表达下调33.46%,GPD、ME、FAS、GDPD、MGAT和DGAT活性分别较对照表达上调14.75%、11.07%、23.88%、17.68%、42.95%和47.82%,与这些路径相关调控基因表达模式一致,证实胶球藻在外源ABA诱导下,这些酶基因调控的光合固碳路径减弱,脂肪酸路径加强,使得糖代谢路径碳流流向油脂路径,加之甘油酯路径增强,协同为TAG合成积累提供了能量和前体物质,从而促进了胶球藻胞内油脂富集。
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