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不同温度下海洋线虫Litoditis marina低氧胁迫响应机制的初步研究

文献类型：学位论文

作者李博
答辩日期2022-11-22
文献子类硕士
授予单位中科院海洋所
授予地点中科院海洋所
导师张留所
关键词海洋线虫 低氧胁迫 高温胁迫 产卵时间 转录组分析
学位名称工程硕士
学位专业生物工程
其他题名A preliminary study on the mechanisms underlying hypoxia stress responses in marine nematode Litoditis marina at different temperatures
英文摘要

摘 要

随着工业化生产碳排放导致的温室效应日益加剧，全球变暖及随之发生的其他环境因子变化受到广泛关注，全球变暖导致海洋升温和海水氧含量降低引发的海洋低氧。海洋氧含量的降低对于海洋生物的生长发育和繁殖等生理和行为机能及相关生态系统健康具有广泛的影响。本研究利用海洋线虫Litoditis marina作为研究材料，通过控制氧浓度和温度两个环境因子变量，观察生长发育表型，并进一步通过比较转录组测序和分析，研究了20℃和25℃温度条件下，L. marina在21%、3%、1%和0.5%氧浓度处理下的产卵时间表型和基因表达变化及其之间的关联。生长发育观察实验结果表明，20℃和25℃下当环境氧浓度从21%下降至3%时，L. marina的产卵时间明显缩短，进一步下降至1%时，产卵时间延长并且和21%氧气环境下接近，当氧浓度为0.5%时，L. marina的产卵时间较21%氧气浓度显著延长。

在20℃条件下，比较转录组KEGG富集分析表明，相较于21%氧浓度环境，3%、1%和0.5%低氧条件下L. marina的糖酵解、糖异生、硫代谢和线粒体碳代谢等通路相关基因的表达显著上调；而线虫寿命调控通路、细胞色素P450代谢通路和ABC转运蛋白相关基因的表达显著下调。通过GO富集分析，发现在20℃温度条件下，与21%氧浓度相比，3%、1%和0.5%低氧条件下L. marina的氧化还原和离子结合等通路相关基因的表达显著上调；而血红素结合通路相关基因的表达显著下调。

25℃条件下KEGG富集的通路较少，通过GO富集分析，发现海洋线虫 L. marina在低氧浓度下血红素、鸟苷酸环化酶、金属离子结合、G蛋白偶联受体通路相关基因的表达显著上调，而有丝分裂、微管和MCM复合物等通路相关基因的表达显著下调。

20℃温度条件下，L. marina在低氧浓度下KEGG富集的显著变化的通路如糖酵解和硫代谢等，在25℃温度条件下并没有在低氧浓度下富集。20℃条件下，L. marina在低氧浓度下GO富集的显著变化的通路如氧化还原通路, 在25℃温度条件下没有在低氧浓度下富集，而20℃条件下显著下调的GO 血红素结合通路，在25℃下显著上调。25℃条件下，显著富集的通路如鸟苷酸环化酶、G蛋白偶联受体、有丝分裂、微管和MCM复合物等， 在20℃条件下没有在低氧浓度下富集。总之，本研究发现海洋线虫L. marina在20℃和25℃温度条件下，低氧胁迫响应策略有显著的差别。

本研究发现的L. marina应对低氧和低氧高温联合胁迫的基因调控模式，将为理解在全球气候变化背景下，海洋动物应答低氧和高温环境胁迫的分子机制提供重要参考。

学科主题生物学 ; 动物学 ; 动物生长发育学
语种中文
目次

 

 

第1章 引言………………………………………………………..…….….. ....1

1.1 研究背景…………………………………………………………….….… ...1

1.2 海洋无脊椎动物应答高温胁迫的研究进展………………………… .…2

1.3 海洋无脊椎动物应答低氧胁迫的研究进展……………………………. …4

1.4 秀丽线虫应答高温胁迫的研究进展……………………………………. …6

1.5 秀丽线虫应答低氧胁迫的研究进展……………………………………. ....6

1.6 海洋线虫Litoditis marina的生物学简介和相关研究…………………... ..7

第2章 20℃下海洋线虫L. marina低氧胁迫响应的转录组分析.….9

2.1 材料和方法…………………………………………………………….… …9

2.1.1 海水NGM平板制备…….…………………………………………. .....9

2.1.2 海洋线虫L. marina大规模同步化培养…………………………… .....9

2.1.3 海洋线虫L. marina收样……………………………………………….10

2.1.4 L. marina的生长观察实验……………………………………………..10

2.1.5 转录组测序及分析……………………………………………………..10

2.1.6 荧光定量PCR………………………………………………………….11

2.2 实验结果………………………………………………………………….…11

2.2.1 20℃下L. marina的生长观察实验……………………………...…….11

2.2.2 20℃不同氧浓度处理下L. marina样本的转录组分析……………....12

2.2.3 20℃低氧条件下糖酵解和糖异生代谢相关基因的表达量显著上调..17

2.2.4 20℃低氧条件下硫代谢相关基因表达量显著上调…….………….…17

2.2.5 20℃低氧条件下线粒体代谢相关基因的表达量显著上调….…….…17

2.2.6 20℃低氧条件下线虫寿命调控相关基因的表达量显著下调………..18

2.2.7 20℃低氧条件下细胞色素P450代谢和ABC转运蛋白相关基因的表达量显著下调……………………………………………………………………...19

2.2.8 20℃ 0.5%氧浓度下过氧化物酶体和蜕皮相关基因的表达量显著下调………………………………………………………………...............................20

2.2.9 20℃低氧条件下基因表达显著上调的GO富集通路………………...21

2.2.10 20℃低氧条件下基因表达显著下调的GO富集通路……………….21

2.2.11 荧光定量 PCR 验证………………..……………………………….....22

2.3 讨论………………………………………………………………………….23

2.3.1 20℃下糖异生和糖酵解相关基因参与了L. marina低氧胁迫响应.…23

 

2.3.2 20℃下硫代谢途径参与了L. marina的低氧胁迫响应…………….…24

2.3.3 20℃下线粒体代谢相关基因参与了L. marina的低氧胁迫响应…….25

2.3.4 20℃下线虫寿命调控相关基因参与了L. marina的低氧胁迫响应.....26

2.3.5 20℃下细胞色素P450代谢和ABC转运蛋白相关基因参与了L. marina的低氧胁迫响应…………………………………………………...............27

2.3.6 20℃下L. marina低氧胁迫响应与发育调控间的关联……….…. …..28

2.4 本章小结……………………………………………………….……………29

第3章 25℃下海洋线虫L. marina低氧胁迫响应的转录组分析…..30

3.1实验结果…………………………………………………………………….30

3.1.1 25℃下L. marina的生长观察实验……………………………... ...….30

3.1.2 25℃不同氧浓度处理下L. marina样本的转录组分析………...…….31

3.1.3 25℃低氧条件下血红素结合相关基因的表达显著上调……………..35

3.1.4 25℃低氧条件下鸟苷酸环化酶相关基因的表达显著上调…………..36

3.1.5 25℃低氧条件下神经信号配体-受体互作通路相关基因显著上调….36

3.1.6 25℃1%和0.5%氧浓度下金属离子结合相关基因显著上调…………36

3.1.7 25℃1%和0.5%氧浓度下GPCR通路相关基因显著上调…………...36

3.1.8 25℃1%和0.5%氧浓度下有丝分裂相关基因显著下调…………...….38

3.1.9 25℃1%和0.5%氧浓度下微管相关基因显著下调……………………38

3.1.10 25℃1%和0.5%氧浓度下MCM复合物相关基因显著下调………..38

3.1.11 25℃ 低氧浓度下碳代谢和ATP结合相关基因参与生长发育调控..39

3.2讨论………………………………………………………………………….40

3.2.1 25℃下血红素结合通路相关基因可能调控L. marina低氧胁迫响应.40

3.2.2 25℃下鸟苷酸环化酶通路相关基因可能参与调控L. marina低氧胁迫响应………………………………………………………………………………...41

3.2.3 25℃下金属离子结合通路相关基因参与了L. marina低氧胁迫响应.42

3.2.4 25℃下G蛋白偶联受体相关基因参与了L. marina低氧胁迫应答....42

3.2.5 25℃下有丝分裂通路相关基因参与了L. marina低氧胁迫应答…….43

3.2.6 25℃下微管通路相关基因参与了L. marina低氧胁迫应答………….44

3.2.7 25℃下MCM复合物通路相关基因参与了L. marina低氧胁迫应答.44

3.2.8 25℃下碳代谢和ATP结合通路相关基因可能参与调控L. marina低氧胁迫下的生长发育…………………………………………….…………………..44

3.3本章小结…………………………………………………………………….46

第4章 海洋线虫L. marina在20℃和25℃下低氧胁迫响应转录组变化的对比………………………………………………...………………….…47

4.1糖酵解和糖异生代谢通路相关基因的比较……………………………….47

4.2硫代谢通路相关基因的比较……………………………………………….47

4.3线粒体碳代谢通路相关基因的比较……………………………………….47

4.4 线虫寿命调控通路相关基因的比较……………………………………….48

4.5 细胞色素P450相关基因的比较…………………………………………...48

4.6 ABC转运蛋白相关基因的比较……………………………………………49

4.7 过氧化物酶体相关基因的比较…………………………………………….49

4.8 蜕皮相关基因的比较……………………………………………49

4.9 氧化还原相关基因的比较………………………………………………….49

4.10 血红素结合相关基因的比较……………………………………………... 50

4.11 金属离子结合相关基因的比较……………………………………………50

第5章 结论与展望…………………………………………………….…..….55

5.1主要结论…………………………………….………………………………55

5.2不足与展望………………………………………………………………….56

参考文献………………………………….……………………………..…….57

致谢……………………………………………………………………...…...……75

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果…..…….…….76

 

页码76
源URL[http://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/180106]  
专题海洋研究所_实验海洋生物学重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714		 李博. 不同温度下海洋线虫Litoditis marina低氧胁迫响应机制的初步研究[D]. 中科院海洋所. 中科院海洋所. 2022.

入库方式： OAI收割

来源：海洋研究所

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