东海原甲藻对磷缺乏和添加的蛋白质组响应

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磷(Phosphorus,P)是海洋浮游植物生长的限制因子,影响海洋初级生产力。东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense,P.donghaiense)是引起我国近海有害藻华的主要甲藻。目前有关磷对甲藻生长影响的研究已有很多报道,但主要集中在生理生态层面,对甲藻在磷限制条件下及其补充响应的分子机理方面了解较少。  本论文以P.donghaiense为研究对象,运用基于质谱的定量蛋白质组学技术一串联质谱标记(Tandem mass tag,TMT),并结合相应的转录组数据,比较研究了P.donghaiense在磷缺乏和不同形态磷补充条件下蛋白质的差异表达,鉴定、筛选差异表达蛋白,确认参与磷调控的蛋白质及相关的生物学过程,从蛋白质组角度探讨了东海原甲藻对环境中磷营养变动的适应和响应机制。主要研究结果如下:  (1)P.donghaiense可适应一定程度的磷缺乏并能利用细胞内“储备磷”为细胞生长和生存提供磷源。磷缺乏的P.donghaiense细胞对溶解无机磷(Dissolvedinorganic phosphorus,DIP)和溶解有机磷(Dissolved organic phosphorus,DOP)添加响应迅速,表明P.donghaiense细胞可能存在有机磷的高效利用机制,可利用有机磷作为细胞生长的磷源;  (2)磷胁迫条件下,P.donghaiense细胞中的碱性磷酸酶(Alkalinephosphatase,AP)被大量诱导。细胞生长、磷浓度、碱性磷酸酶活性和光合系统Ⅱ最大光化学量子产量的变化在无机和有机磷添加细胞中没有显著差异,表明P.donghaiense对DIP和DOP的利用没有显著差异。  (3)运用TMT技术结合相应的转录组数据库从P.donghaiense中鉴定到3,159个可信蛋白质。蛋白质定量结果表明,P.donghaiense中参与核糖体、剪接体、RNA转运、糖酵解等相关过程的蛋白质数量最多。  (4)磷缺乏条件下,P.donghaiense细胞对DIP和DOP的添加响应迅速,蛋白质组响应存在一定差异但并不明显。相较于磷缺乏的P.donghaiense细胞,添加无机磷和有机磷后细胞中参与核糖体、类胡萝卜素代谢、卟啉和叶绿素代谢、次级代谢产物生物合成等生物学过程的蛋白质表达上调;而参与溶酶体、淀粉和蔗糖代谢等生物学过程的蛋白质表达下调,表明磷营养盐变动影响了东海原甲藻蛋白质合成、光合作用、能量代谢。添加无机磷后,氮代谢以及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸的代谢过程加强,而添加有机磷后,光合生物固碳和糖酵解过程加强,表明P.donghaiense细胞对无机磷和有机磷的响应机制存在一定差异。  (5)确认了参与磷代谢的蛋白质,包括碱性磷酸酶、磷酸二脂酶、5-核苷酸酶、核酸酶、腺苷三磷酸酶(ATPase)、ABC转运蛋白等,这些蛋白质在P.donghaiense细胞适应磷缺乏和响应磷补充方面起着重要作用。此外,I型脂肪酸合成酶仅在添加有机磷的细胞中表达上调,可能促进了生物膜的合成以及对有机磷的利用。
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