盐胁迫状态下莱茵衣藻849光合特性的初步研究

以莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）为研究对象,对其在不同NaCl浓度胁迫条件下的光合特性进行了初步研究。结果表明0.04 mol·L^-1的NaCl对莱茵衣藻的生长无显著影响,而0.075 mol·L^-1的NaCl使莱茵衣藻生长速率下降了50%。在低光照强度下,NaCl胁迫下的衣藻光合速率和呼吸速率在最初7 h内比对照组高;而在较高光照强度下,NaCl胁迫下的衣藻的光合速率和呼吸速率均比对照组低;而且光合速率和呼吸速率升高和下降的幅度与NaCl浓度成正比。     

微RNA Cre-miR914参与调控衣藻对高温胁迫的适应过程

高温胁迫是生物所面临的常见环境胁迫,因此在长期进化中生物逐渐进化出了对高温胁迫的高效适应能力.目前,有关藻类对高温胁迫的适应机制研究主要集中在生理调控及其相关的编码基因调控方面,而有关非编码基因对高温适应的调控尚无报道.在前期研究中,我们通过对衣藻细胞的定量PCR筛选和生物信息学分析发现,在多种胁迫处理后Cre-miR914表达下调且其靶基因有可能是RPL18,但对它们的作用却不清楚.本研究中利用生物信息学结合降解组测序确定了Cre-miR914的靶基因是RPL18,接着利用定量PCR验证Cre-miR914及其靶基因的表达情况,发现Cre-miR914表达在高温处理后明显下调,而RPL18表达明显上调,同时通过构建Cre-miR914过表达株和靶基因RPL18过表达株,结合高温胁迫处理和抗性表型研究,发现Cre-miR914过表达明显降低衣藻对抗高温胁迫能力,而靶基因RPL18过表达提高了衣藻对抗高温胁迫能力.本研究发现了一个microRNA参与调控藻类高温适应过程的分子机制,即衣藻通过调控Cre-miR914及其靶基因RPL18表达参与了的高温胁迫适应过程.     

缺氮介导的莱茵衣藻油脂合成过程的内参及标志物蛋白质的筛选鉴定

微藻被认为是最有潜力的生物能源原料之一,了解油脂合成机理、提升油脂合成的效率是重要的生物学问题.莱茵衣藻缺氮胁迫是油脂合成机理研究的模式系统,组学研究已经积累了大量的数据,但针对莱茵衣藻缺氮介导的油脂合成过程的内参及标志物蛋白质还鲜有报道.本研究对莱茵衣藻进行了对照和缺氮胁迫培养,比较了多个时间点(0、1、2、4和6d)在2种处理条件下的培养物表型、细胞密度、油脂含量以及总蛋白质含量的变化等特征.结果显示:莱茵衣藻细胞在受到缺氮胁迫后表现为培养物颜色由绿变黄;A750和细胞计数结果显示细胞生长趋于停滞;尼罗红染色定量实验鉴定到油脂含量的显著升高;考马斯亮蓝染色实验检测到总蛋白质含量降低.以20个莱茵衣藻蛋白质为候选,利用蛋白质印迹技术(Western blot,WB)检测了其在不同处理和不同时间点的表达特征变化,通过计算总蛋白质和候选蛋白质含量的皮尔森相关系数(Pearson’s correlation coefficient, PCC)筛选了莱茵衣藻缺氮胁迫的内参蛋白质,发现Histone H3、 RBCL(ribulose-1, 5-bisphosphate carboxylase/oxygenase large subunit)和BCR1(biotin carboxylase,ACCase complex 1)在对照和缺氮胁迫条件下均与总蛋白质含量变化呈现极显著或显著正相关,所以被选作内参蛋白质.进而通过比较候选蛋白质的平均相对倍率变化(average relative fold change, ARF),鉴定了莱茵衣藻缺氮胁迫的标志物蛋白质,发现ATPs-β(ATP synthase CF1beta subunit)、 GAP2(glyceraldehyde 3-phosphate dehydratase 2)和RMT1(rubisco large subunit N-methyltransferase 1)蛋白质的ARF值分别为180.59、52.90和12.48,明显高出其他蛋白质,由此把它们选做缺氮胁迫的标志物蛋白质.接下来,对缺氮胁迫早期(0、2、4、8、12、18、24和48 h)的样品进行蛋白质印迹法分析,发现可检测的ATPs-β、GAP2和RMT1的缺氮诱导条带出现的时间分别是8、18和12 h.综上可以认为,在所有候选蛋白质中,ATPs-β是出现最早且变化幅度最大的缺氮处理标志物蛋白质.本研究鉴定的内参和标志物蛋白质对了解缺氮应答及油脂合成机理会有所帮助,所积累的蛋白质表达信息可供研究同行参考.     

茉莉酸对莱茵衣藻代谢降解杀菌剂三氯生的影响机制

三氯生是一种广谱抗菌剂,广泛应用于日用化学品之中。长期以来,三氯生随生活污水排放至水环境中,对动植物产生毒性作用,进一步通过食物链对人类健康产生威胁。开发高效绿色的三氯生降解方法具有重要的现实意义。微藻作为重要的水环境分解者,参与水体中外源化学物的代谢降解。茉莉酸是一种常见的植物激素,能诱导高等植物对环境胁迫的抗逆性,但其对微藻类低等植物防御体系的影响还未见报道。因此,本文中,笔者考察了不同浓度茉莉酸处理对莱茵衣藻应答三氯生胁迫作用及对三氯生代谢的影响。结果发现,0. 05、0. 15和0. 45μmol/L茉莉酸处理不同程度缓解了三氯生对莱茵衣藻的氧化胁迫,但高浓度茉莉酸(0. 45μmol/L)会抑制莱茵衣藻的生长。与三氯生单独处理的莱茵衣藻样本相比,0. 15μmol/L茉莉酸处理显著提高了谷胱甘肽S-转移酶和多酚氧化酶活力,降低了体内过氧化物酶活力。此外,茉莉酸处理莱茵衣藻体内三氯生积累量显著小于未处理组,而培养液中三氯生残留量无显著差异,说明茉莉酸促进了衣藻对三氯生的代谢降解。进一步通过高分辨质谱鉴定了6种三氯生在莱茵衣藻体内的代谢产物,其中有4种只在茉莉酸处理组中检出,说明在茉莉酸处理下莱茵衣藻代谢三氯生的方式更加多样化,降解效率更高。     

豆血红蛋白基因lba的克隆及其转化衣藻叶绿体

降低细胞内的氧气含量是提高莱茵衣藻产氢效率的重要手段之一。本研究首次尝试将豆血红蛋白基因lba转入衣藻叶绿体中表达,利用豆血红蛋白具有与氧可逆结合的特性,期望降低转基因衣藻细胞内的氧气含量,达到提高衣藻产氢效率的目的。实验结果证明,lba成功转入到衣藻叶绿体中,且对其生长没有产生显著影响,这为下一步调控Lba在衣藻叶绿体中表达活性和提高衣藻产氢效率奠定了实验基础。     

液相色谱-串联质谱法定量分析莱茵衣藻1,3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯

研究建立了基于超高效液相色谱串联三重四级杆质谱技术的1,3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯(1,3-Dioleoyl-2-palmitoylglycerol, OPO)分析方法。在正离子模式下, 以[876>577]为定量离子对, 通过多反应监测模式(Multiple Reaction Monitoring, MRM)扫描, 采用内标法对OPO进行定量分析。对缺氮胁迫条件下一株野生型莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)cc-5325及其半乳糖基水解酶基因敲降突变体M08的OPO进行了定量分析, 研究结果发现莱茵衣藻中OPO在缺氮胁迫期间显著积累, 且不同遗传背景的莱茵衣藻OPO积累量不同。在缺氮第1至第3天, M08的OPO含量相较于cc-5325分别提高了3.70、3.04和2.74倍, M08的OPO产量相较于cc-5325分别提高了1.13、1.53和1.33倍, 说明通过遗传改造莱茵衣藻的某些脂质代谢途径相关基因可以增加其OPO含量, 因此莱茵衣藻具有改成为商业化油脂新食品原料的潜在应用价值。研究建立的功能脂质OPO的定量分析方法对进一步研究不同遗传改造的莱茵衣藻中OPO结构脂的检测提供了技术支持和分析基础。     

一株可增强莱茵衣藻耐盐能力细菌MEZX29的分离与鉴定

【背景】水体中的藻类、细菌及这些微生物之间的相互作用对水体生态系统的功能有着重要作用。近年来,一些河流、湖泊等淡水资源的盐渍化不断加重,对水体生态系统造成严重影响。然而,高盐胁迫条件如何影响藻类与其他细菌的相互作用,以及是否存在能够促进藻类耐盐能力的有益细菌等问题尚未得到深入研究。【目的】分离和鉴定可以促进淡水藻类莱茵衣藻抗盐能力的细菌,并开展相关机制分析。【方法】通过富集培养、筛选和共接种实验,获得可以促进衣藻耐盐的细菌;基于活细胞浓度、叶绿素含量等参数评价衣藻在不同条件下的生长能力;对菌株进行16S rRNA基因序列分析和基因组分析,预测其可能的菌藻相互作用机制。【结果】获得一株在250-290 mmol/L NaCl条件下可以显著增强衣藻耐盐能力的菌株MEZX29,16S rRNA基因序列分析表明,该菌可能属于Rhodococcus qingshengii;基因组分析结果表明,该细菌含有参与糖代谢、乙烯合成、生物膜形成等途径的基因,这些基因可能在促进衣藻抗盐过程中起到重要作用。【结论】Rhodococcus qingshengiiMEZX29可以增强莱茵衣藻21gr抵抗高盐胁迫的能力,为研究藻类与其他微生物之间的有益相互作用提供了新的材料。     

适用于本科实验教学的衣藻核遗传转化方法研究

对莱因衣藻衣藻核遗传转化关键技术中的衣藻对数生长期确定、玻璃珠性质及振荡操作环节进行了研究,建立了既简便、廉价,又稳定、有效的衣藻核遗传转化系统方法。该方法适用于高等院校本科生遗传学实验教学,其涉及的实验技术可成为培养学生综合实验技能的理想教学内容。     

转基因衣藻对重金属的抗性及对镉离子的富集

目的：研究了转基因衣藻对不同重金属离子的抗性和对Cd^2＋的富集行为。方法：将MT-like基因在莱茵衣藻细胞中的表达后通过摇瓶实验测试其对重金属离子的抗性和富集能力。结果：转基因衣藻对Pb^2＋、Zn^2＋和Cd^2＋三种重金属离子的抗性得到明显增强,其中以对Zn^2＋的抗性增强最为显著。转基因藻对Cd^2＋的富集能力经MT-like蛋白表达后较野生藻细胞有较大增加,最大达到144．48μmol／g,为野生藻的8．3倍。结论：转基因衣藻对重金属离子的抗性和对Cd^2＋的富集能力较野生衣藻有较大提高。     

Cr6+胁迫对莱茵衣藻光合作用的影响

以莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)为研究材料,采用氧电极和快速叶绿素a荧光诱导动力学方法研究了不同浓度和时间Cr6+处理对其光合作用的影响.结果表明:当Cr6+浓度大于40 μmol/L时,莱茵衣藻细胞数逐渐下降,而藻细胞变大;表观光合速率成为负值,呼吸作用随Cr6+处理浓度的增加先上升后下降至对照水平;莱茵衣藻有活性放氧复合体比例随Cr6+处理浓度的增加逐渐降低,80 μmol/L Cr6+处理3 d时已下降至13.72%;光合驱动力(DFABS)随Cr6+浓度增加逐步下降,并以DFφPo在DFABS的下降中的贡献最大.研究发现,重金属Cr6+胁迫显著影响莱茵衣藻的光合作用,而对呼吸作用则影响较小;Cr6+主要通过损伤供体侧的放氧复合体以及阻断QA至QB的电子传递而抑制光系统Ⅱ的功能;莱茵衣藻光系统Ⅱ对Cr6+处理比较敏感且存在着多个作用位点,并首先影响反应中心光能捕获效率,其次影响反应中心的活性,最后影响QA-之后的电子传递.     

响应面法对小球藻Chlorella zofingiensis高产虾青素条件的优化

采用析因设计法(Plackett-burman)对影响Chlorella zofingiensis高产虾青素的相关因素进行评价,发现硝酸钠、光照强度、二价铁离子及醋酸钠浓度对虾青素产量影响显著.利用中心组合设计(central composite design)及响应面分析对影响虾青素产量的关键因素做进一步的优化,得到较佳的试验点为二价铁离子浓度0.41 mmol/L,硝酸钠浓度0.8 mmol/L,醋酸钠浓度37.1 mmol/L,光照强度650 E/m2×s.优化后虾青素产量从7.890mg/L提高到19.81mg/L,比优化前提高了2.5倍.     

南极衣藻谷胱甘肽-S-转移酶基因的表达及其对大肠杆菌低温耐受性的增强作用

谷胱甘肽-S-转移酶(Glutathione-S-transferase, GST, EC2.5.1.18)是生物体内一种重要的抗氧化酶, 为阐明GST在南极衣藻(Chlamydomonas sp. ICE-L)中的具体地位, 采用实时荧光定量PCR对不同温度下南极衣藻的GST基因的表达进行了分析; 并构建了原核表达载体pET28a(+)-GST, 转化至大肠杆菌BL21(DE3)中进行诱导表达, 通过平板培养法探讨了重组菌E. coli BL21(pET28a(+)-GST)对低温胁迫的耐受性。结果显示, GST在0℃时表达量最高, 最高可达对照组的两倍多; pET28a(+)-GST重组表达载体在E. coli BL21中实现了高效表达, 且主要以包涵体形式存在, 经HisTrap HP柱分离纯化获得高纯度的GST融合蛋白, 并通过SDS-PAGE及Western blot分析得以验证; 对低温胁迫实验发现南极衣藻GST蛋白的表达可以提高重组菌E. coli BL21对低温的耐受性, 说明GST基因对南极衣藻适应南极低温环境具有重要作用。     

模拟酸雨对山核桃和杨梅光合生理特征的影响

通过盆栽模拟酸雨淋喷实验,比较了浙江省典型经济植物山核桃和杨梅幼苗光合特性的差异,研究了不同强度酸雨胁迫（pH 2.5、pH 4.0 和 pH 5.6（对照））对其光合生理生态特征的影响。结果表明,在无酸雨条件下,杨梅的最大净光合速率、暗呼吸速率、光饱和点和光补偿点明显高于山核桃。酸雨胁迫下,pH 4.0的酸雨胁迫使山核桃的最大净光合速率、光饱和点显著降低,使杨梅的表观量子效率显著升高,而pH 2.5的酸雨胁迫使山核桃的最大净光合速率、表观量子效率显著降低,使杨梅的光饱和点显著升高。从季节反应模式来看,酸雨对山核桃光合特性的影响在夏季较春季明显,而对杨梅的影响则春季较夏秋季明显。     

转基因衣藻lba及对照藻产氢培养条件的优化

通过对莱茵衣藻849及其转基因衣藻lba进行光照强度、细胞浓度和培养基中硫酸盐含量三因素三水平的正交实验,确定了两个藻种的最佳产氢条件,同时对转基因藻和849产氢培养条件下的光合放氧速率和pH进行了检测。实验结果表明,在25 ℃下,莱茵衣藻849和转基因衣藻lba的最佳产氢条件都为光照强度 60μmol/(m²·s),细胞浓度为叶绿素含量12.5μg/ml,培养基中硫酸盐含量0μmol/L。莱茵衣藻849和转基因衣藻lba的最高氢气产量分别达到了349μl/mg chlorophyll 和634μl/mg chlorophyll。在产氢条件下,转基因藻lba的净光合放氧速率比849低。结果为利用豆血红蛋白特性通过基因工程手段提高莱茵衣藻产氢量提供基础实验数据。     

不同有机酸对铅胁迫小麦幼苗的缓解作用

研究了在铅胁迫条件下,加入外源有机酸对小麦铅毒害的缓解效应。结果表明,低浓度的草酸和乙酸能增加铅胁迫小麦叶绿素含量,不同程度地提高SOD、CAT、POD活性,降低MDA含量,而高浓度草酸和乙酸及柠檬酸对此则无明显的缓解作用;乙酸处理减少根系活跃吸收面积,柠檬酸能明显提高根系活力。草酸对铅胁迫的缓解效果最明显。     

RNA干扰20S蛋白酶体α亚基基因对莱茵衣藻油脂代谢的影响

为了解20S蛋白酶体α亚基(20S proteasome alpha subunit A, POA1)基因对莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)油脂代谢的调控,对莱茵衣藻CC425在低氮胁迫下的CrPOA1表达进行了分析,克隆POA1同源基因片段,构建pMaa7IR/XIR干涉载体并转化莱茵衣藻CC425,对CrPOA1进行有效沉默,测定转基因藻株细胞干质量和油脂含量;克隆全长基因,构建CrPOA1-GFP融合表达载体并转化洋葱表皮细胞,进行亚细胞定位。结果表明,莱茵衣藻在低氮培养下,CrPOA1 mRNA水平比对照(正常培养)显著降低(P0.01),RNAi转基因藻株CrPOA1 mRNA水平比对照pMaa7IR/XIR(maa7)降低79.36%～85.35%,沉默效果较好;RNAi转基因藻株细胞干质量与对照maa7无显著差异,油脂含量比对照maa7显著降低6.38%～24.63%,CrPOA1正向调控莱茵衣藻油脂;亚细胞定位于细胞核。这表明CrPOA1参与了莱茵衣藻的油脂代谢过程。     

拟南芥干旱突变体远红外成像技术的筛选和特性鉴定

利用化学诱变剂甲基磺酸乙酯(EMS)对模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)进行化学诱变获得突变体筛选群体。在干旱胁迫下,以叶片的温度差异为筛选指标,利用远红外成像技术进行突变体的筛选,获得了对干旱不敏感突变体dri1(drought-insensitive 1)和敏感突变体drs1(drought-sensitive 1)。实验结果表明dri1和drs1为单基因隐性突变,气孔密度同野生型无差异,而叶片温度、气孔开度和叶片失水率则有明显改变。在MS培养基上的种子萌发实验表明在ABA、甘露醇和NaCl胁迫下dri1萌发率要比野生型高,而drs1则比野生型低。对突变基因的研究有待进一步进行。     

衣藻(Chlamydomonas sp)中间纤维及核纤层存在的证实(简报)

衣藻(Chlamydomonas sp)是属于绿藻门的最低等单细胞植物,为典型的真核生物。迄今以衣藻为材料所作的有关细胞骨架方面的研究多集中在微管蛋白(tubulin)。C.J.Miller等曾以衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)全蛋白与几种中间纤维抗体进行免疫印迹实验有阳性反应,但是衣藻中是否存在中间纤维与核纤层是不清楚的问题。衣藻中间纤维与核纤层的形态研究更未见报道。目前认为中间纤维-核纤     

增大培养液中衣藻密度的几种方法

在观察活体衣藻的实验中,如果培养液的衣藻密度比较小,那么用吸管移滴到载玻片的水滴,很难保证一定会有衣藻,容易造成空片观察,因此,提供密度较大的衣藻培养液,是学生分组实验顺利进行     

莱茵衣藻E2泛素结合酶CrUBC23调控油脂积累

【目的】为研究莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)泛素结合酶(ubiquitin-conjugating enzymes,E2)CrUBC23在莱茵衣藻油脂代谢中的作用,为高产油微藻基因工程改良和揭示藻类油脂合成及代谢调控机理奠定基础。【方法】qRT-PCR分析莱茵衣藻在低氮、低磷胁迫下泛素结合酶CrUBC23表达情况;克隆CrUBC23同源基因干涉片段和全长基因,构建RNAi干涉载体和过量表达载体,转化莱茵衣藻并检测生物量和油脂含量;构建CrUBC23-GFP融合表达载体,用农杆菌浸染洋葱表皮细胞进行亚细胞定位。【结果】莱茵衣藻在低氮、低磷胁迫下CrUBC23基因表达量显著增加,增加幅度分别为正常培养的4.98–5.80倍和1.85–5.20倍。RNAi干扰结果显示,转基因藻细胞中性脂含量降低5.5%,总脂含量降低3.16%–17.6%。过量表达结果显示,转基因藻细胞中性脂含量增加8.8%,总脂含量增加4.51%–14.03%。【结论】CrUBC23正向调控莱茵衣藻油脂代谢,该基因定位于细胞核。