日本三角涡虫(Dugesia japonica)隶属于扁形动物门(Platyhelminthes)、涡虫纲(Turbellaria)。涡虫纲类群在后生动物进化上占有特殊的地位：最早出现三胚层,两侧对称,具备强大再生能力的中胚层细胞。其独特的结构和极强的再生能力是研究再生、胚胎发育和细胞分化重要的实验材料。目前关于涡虫的研究主要集中在干细胞和再生方面。线粒体作为细胞的产能中心、代谢中心和凋亡中心,在生命过程中发挥着重要的生理功能。线粒体负责生产细胞所有能量的90%以上,参与机体许多生理、病理过程。线粒体结构与功能的改变涉及人类100多种疾病,如退行性疾病、唐氏综合症、糖尿病、心脏病、衰老和癌症等。线粒体还是控制细胞凋亡的关键因素。这些都与线粒体基因组、转录组表达谱和蛋白质组表达谱有着密切的联系。由于线粒体在能量生产、信号传递和新陈代谢等方面的重要作用,可以预测在涡虫的线粒体内存在值得期待的蛋白质。基因表达不仅仅是从转录组到蛋白质组的单向流动,而是两者的相互连接。要了解转录组和蛋白质组之间的相互调控作用,需要对RNA和蛋白质的表达进行同步监测。本研究采用密度梯度超速离心法获得高纯度线粒体,采用Shotgun (SDS-PAGE电泳→nano-LC+ESI-MS/MS分析)和Solexa技术对涡虫线粒体蛋白质组和转录组进行实验分析,得到以下主要结果：1.参照线虫和果蝇蛋白质数据库,日本三角涡虫线粒体蛋白质组的Shotgun分析得到307个蛋白。GO注释结果显示215个定位为线粒体蛋白(70.36%),涉及氧化磷酸化、三羧酸循环以及线粒体编码相关蛋白；76个功能未知蛋白(24.9%)；15种蛋白定位于细胞内或其他细胞器。其中,涉及线粒体代谢调节蛋白70个(22.9%),包括三羧酸循环和氧化磷酸化能量代谢43个、脂质代谢8个、氨基酸代谢13个、铁代谢6个；线粒体转运蛋白16个(5.1%)；信号分子12个(4%)；线粒体基因组复制、转录、翻译相关蛋白109个(35.6%)；功能未知的蛋白占24.9%。KEGG pathway代谢路径分析显示,其中247个定位为线粒体蛋白(80.46%),涉及氧化磷酸化、三羧酸循环及线粒体编码相关蛋白；32个功能未知蛋白(10.42%)；28种蛋白(9.12%)定位于细胞内或其他细胞器。2.日本三角涡虫线粒体转录组表达谱的Solexa测序分析共得到有效读序8,225,305条,总碱基数约1.18Gb,组装后得到54,364条unigene,其中线粒体基因为987,037,占12%。在Swiss-Pro、KEGG、NR和COG四个蛋白质数据库对22,457条unigenes(占总unigene数目的41.31%)得到了注释,在GO中对13,025条unigenes得到注释,涉及10项细胞功能。比较线粒体蛋白质组与转录组GO分析结果,基因表达的相关因子占很大的内容,在蛋白质组中,与基因表达和基因组维护的蛋白占24.9%,转录组中这一比例为43.16%。KEGG pathway路径注释显示7,395条unigene可映射到47条不同的途径中,共得到254个EC号码,最具有代表性的路径为’metabolism pathways’(1809条)；’oxidative phosphorylation pathways’(328条)；’signaling pathway’(104条)；’apoptosis pathway’(251条)和’regulation of actin cytoskeleton’(142条)。3.以Dugesia japonica线粒体基因组(AB618487.1/gi|359804100)为模板进行转录组作图,显示大部分线粒体基因组转录数据得到测序(94%J链,88%N链),少于4.5%线粒体基因组序列为单独转录,表明测序具有一定的代表性和深度。转录组测序作图的结果得到了6段初始转录产物,且存在9%的Gap。线粒体基因组包括2个rRNA,11个蛋白质编码基因(atp8缺失)和22个tRNA基因,转录组作图未能完全匹配基因组。4.比较线粒体蛋白质组与转录组GO分析结果显示,细胞凋亡的相关蛋白和转录因子在两组数据中都保持稳定,为1.6%左右,这一类因子全部由核基因编码,在转录和翻译后加工过程中也几乎没有损失,说明线粒体内的细胞凋亡相关蛋白是由核编码的RNA运输到线粒体内合成的,其转录产物比较稳定,推测其在转录后即产生保护机制,因此在转录后加工、细胞核到线粒体的运输过程中,以及蛋白质的翻译后加工过程中都受到特殊保护。5.选择线粒体转录组13,025条unigenesGO注释结果和蛋白质组230个蛋白细胞功能注释统计,使用Box-Cox算法对数据进行正态化处理,计算spearman相关系数,计算spearman r=0.92,说明这230个蛋白在转录和翻译水平相关性较好。通过对转录组和蛋白质组之间表达信息的比较,分析三角涡虫线粒体基因不同表达水平之间的差异,揭示基因表达及表达后调控的规律,发掘线粒体蛋白质组和转录组中存在的特殊意义的表达信息。同时,这些线粒体蛋白质组和转录组信息的获得将为扁形动物门研究提供数据基础。