15323.集胞藻pcc6803在高鹽和低氮環(huán)境中的基因表達(dá)變化規(guī)律

1、集胞藻集胞藻PCC6803在高鹽高鹽和低氮環(huán)境低氮環(huán)境中的基中的基因表達(dá)變化規(guī)律因表達(dá)變化規(guī)律Integrationofproteomictranomicrevealsvaryingpatternofgeneexpressioninsynechocystissp.PCC6803undersaltstressnitrogenstarvation學(xué)科專(zhuān)業(yè)：制藥工程研究生：黃思強(qiáng)指導(dǎo)教師：?jiǎn)探ㄜ姼苯淌谔旖虼髮W(xué)化學(xué)工程學(xué)院二零一三年五月摘要摘要

2、組學(xué)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于揭示細(xì)胞在不同生境下的分子變化規(guī)律和響應(yīng)機(jī)制。通過(guò)結(jié)合iTRAQ蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)和RNAseq轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)分析集胞藻6803在高鹽和氮元素缺乏逆境下的基因組水平上蛋白質(zhì)和RNA的表達(dá)變化來(lái)尋找不同細(xì)胞水平上參與抗逆的關(guān)鍵基因和調(diào)控模塊。在鹽脅迫條件下，蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)分析顯示“蛋白質(zhì)合成”基因在鹽脅迫下表達(dá)變化顯著，其他如“能量代謝”、“脂肪酸和磷脂代謝”功能蛋白和一些調(diào)控蛋白也變化顯著。同時(shí)大量的未知功能蛋白在鹽脅迫適

3、應(yīng)期表達(dá)上調(diào)顯示胞內(nèi)抗逆機(jī)制的多樣性。轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析也得到大量參與“能量代謝”，“蛋白質(zhì)合成”和“未知功能蛋白”的基因在不同的階段表現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。此外轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)顯示細(xì)胞會(huì)通過(guò)修飾細(xì)胞膜，加強(qiáng)離子的轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)應(yīng)對(duì)鹽脅迫。蛋白質(zhì)組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)基因蛋白對(duì)應(yīng)物其上調(diào)或下調(diào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系是否一致與基因的功能顯著相關(guān)，顯示出細(xì)胞在鹽脅迫下轉(zhuǎn)錄調(diào)控和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控過(guò)程的多樣性。通過(guò)選取若干在蛋白質(zhì)水平上上調(diào)的未知功能基因，利用基因敲除技術(shù)成

4、功篩選得到了4個(gè)對(duì)鹽脅迫敏感的缺失突變株，其中一個(gè)蛋白參與CO2的攝取，其余三個(gè)為未知功能蛋白。在氮元素缺乏條件下，氮元素轉(zhuǎn)運(yùn)與吸收、核糖體復(fù)合物、糖酵解和三羧酸循環(huán)等代謝有關(guān)的蛋白顯著下調(diào)；上調(diào)的蛋白中包含了一些光合作用相關(guān)蛋白，同時(shí)一些轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子也表達(dá)上調(diào)，結(jié)果表明細(xì)胞將協(xié)調(diào)各個(gè)功能模塊來(lái)應(yīng)對(duì)氮缺乏狀況。轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)也顯示：光合作用、蛋白質(zhì)合成和能量代謝相關(guān)的基因顯著下調(diào)了。上調(diào)量較大的基因有離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和某些轉(zhuǎn)座酶，提示細(xì)胞在抗逆

5、過(guò)程中可能存在染色體水平上的調(diào)控。此外利用權(quán)重基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析得到與耐氮缺乏高度相關(guān)的兩個(gè)功能模塊：其中一個(gè)富含光合作用相關(guān)蛋白，另一個(gè)富含未知功能蛋白。組學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)合分析也顯示有些功能組如蛋白質(zhì)合成有關(guān)的基因在RNA和蛋白水平上顯示出相對(duì)較高的一致性，而與光合作用相關(guān)的一些基因卻表現(xiàn)出變化的想反性。為驗(yàn)證光合系統(tǒng)與藍(lán)藻應(yīng)對(duì)氮缺乏逆境的相關(guān)性，成功篩選得到相關(guān)突變體ΔpsbV，通過(guò)對(duì)缺失突變株的生理測(cè)定驗(yàn)證了其與細(xì)菌氮缺乏的耐受相關(guān)。這