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microRNA介导雨生红球藻在高光胁迫下次级细胞壁形成和虾青素积累的分子机制

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海洋与湖沼 2023年第3期54卷 763-772页

作者：陈锋胡朝阳孙雪徐年军宁波大学海洋学院浙江宁波315211 浙江省海洋生物工程重点实验室浙江宁波315211

雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)是天然虾青素的最佳来源,它可以在高光胁迫等不利条件下转变成厚壁细胞并积累大量虾青素。然而,目前从微小RNA(microRNA,miRNA)层面来揭示在高光胁迫下雨生红球藻次级细胞壁形成和虾青素合成的机理... 详细信息

雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)是天然虾青素的最佳来源,它可以在高光胁迫等不利条件下转变成厚壁细胞并积累大量虾青素。然而,目前从微小RNA(microRNA,miRNA)层面来揭示在高光胁迫下雨生红球藻次级细胞壁形成和虾青素合成的机理研究尚未见报道。对高光处理下三个时间点的雨生红球藻样品进行microRNA测序,共鉴定出342个已知miRNA和283个新miRNA。在这625个miRNA中,其中有206个miRNA的表达量受高光影响,这些差异表达的miRNA的靶基因参与了淀粉与蔗糖代谢、甘露糖与果糖代谢、糖酵解和萜类骨架生物合成等重要代谢通路。结合转录组结果发现,高光胁迫下有6个miRNA调控了3个和次级细胞壁形成相关靶基因的表达,有5个miRNA调控了5个和虾青素生物合成相关靶基因的表达。以上结果揭示了雨生红球藻在高光下miRNA调控次级细胞壁形成和虾青素生物合成的潜在机制,为雨生红球藻虾青素的代谢工程奠定了理论基础。

关键词：雨生红球藻 microRNA 次级细胞壁虾青素高光胁迫

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坛紫菜响应高光胁迫的分子机制

水产学报 2022年第11期46卷 2066-2075页

作者：张宝徐燕许凯纪德华陈昌生王文磊谢潮添集美大学水产学院福建省水产生物育种与健康养殖工程研究中心福建省发展和改革委员会农业农村部东海健康养殖重点实验室

坛紫菜生活于中高潮区，退潮后会遭受到周期性的强光胁迫，但高潮复水后坛紫菜叶状体可以快速恢复正常生长，表明坛紫菜具有极强的耐高光能力。为探究其耐高光机制，实验挑选了2个耐高光能力具有显著差异的坛紫菜新品系作为研究对象(绿... 详细信息

坛紫菜生活于中高潮区，退潮后会遭受到周期性的强光胁迫，但高潮复水后坛紫菜叶状体可以快速恢复正常生长，表明坛紫菜具有极强的耐高光能力。为探究其耐高光机制，实验挑选了2个耐高光能力具有显著差异的坛紫菜新品系作为研究对象(绿色品系：9-Ⅳ；桔色品系：WO141-3)，测定了高光胁迫下2个品系藻体的光合速率、抗氧化酶活性等生理指标，构建了2个品系的差异转录表达谱，并结合荧光定量分析技术获得了调控坛紫菜耐高光的关键通路和基因。结果显示，在高光胁迫下，2个坛紫菜品系叶状体的丙二醛含量均显著上升，光系统部分基因表达量显著降低，藻体光合能力显著下降。进一步分析发现，WO141-3品系在高光处理1 h具有更强的高光抗性，而9-Ⅳ品系在处理4 h后具有更强的高光抗性，造成这种差异的主要原因是：高光胁迫处理1 h时，WO141-3品系具有更高的活性氧清除能力、更强的非光化学淬灭能力以及更低的色素含量和捕光蛋白基因表达量；而在高光胁迫处理4 h时，9-Ⅳ品系的活性氧清除能力和非光化学淬灭能力更强，色素含量和捕光蛋白基因表达量都更低。研究表明，坛紫菜藻体可以通过激活非光化学淬灭机制和抗氧化系统，以及降低色素含量和捕光蛋白基因表达应对高光胁迫，避免遭受过度光损伤和氧化损伤。本研究结果为阐明紫菜的耐高光机理奠定了理论基础。

关键词：坛紫菜高光胁迫非光化学淬灭捕光蛋白

基于光合突变池的雨生红球藻优异性状藻株挖掘

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海洋与湖沼 2024年第3期55卷 691-699页

作者：高歌姜思方鲲鹏卞瑶王宏伟辽宁师范大学生命科学学院辽宁大连116081 辽宁省植物生物技术重点实验室辽宁大连116081 中国科学院青岛生物能源与过程研究所生物燃料重点实验室山东青岛266101

雨生红球藻(Haematococcus pluvialis Flotow)是天然虾青素的主要来源,其高成本、低效率的规模化生产难以满足市场需求。建立快速获得优质突变株的筛选策略有助于提高雨生红球藻的种质资源开发效率,获得虾青素高富集的优质藻株。以雨生... 详细信息

雨生红球藻(Haematococcus pluvialis Flotow)是天然虾青素的主要来源,其高成本、低效率的规模化生产难以满足市场需求。建立快速获得优质突变株的筛选策略有助于提高雨生红球藻的种质资源开发效率,获得虾青素高富集的优质藻株。以雨生红球藻NIES-144为出发藻株,通过甲基磺酸乙酯(ethyl methylsufone,EMS)诱变和高光处理获得光合突变池。以叶绿素荧光参数为检测指标能够快速筛选出生长速率和虾青素积累能力发生变化的突变藻株。结果显示,从该光合突变池中随机选取11株藻株的增殖能力和虾青素积累能力均与原始对照株存在不同程度的差异,45%的突变株在增殖能力和虾青素积累能力方面显著优于对照株。该结果表明雨生红球藻的光化学活性与增殖和其虾青素积累能力之间存在着紧密的联系,证实基于光合突变池挖掘优异性状雨生红球藻的策略具有可行性,为微藻优良藻株的获取提供新思路。

关键词：雨生红球藻虾青素突变株筛选高光胁迫叶绿素荧光参数

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香果树对高光胁迫的生理响应及转录组分析

香果树对高光胁迫的生理响应及转录组分析

作者：吴琼上海应用技术大学

学位级别：硕士

为探究香果树对高光胁迫的生理和分子响应机制,本论文以香果树幼苗为材料,以54μmol·m·s光强为对照,研究高光条件下(108μmol·m·s、180μmo·m·s及270μmol·m·s)香果树幼苗生长指标、光合气体交换参数、叶绿素荧光参数、脱落酸... 详细信息

为探究香果树对高光胁迫的生理和分子响应机制,本论文以香果树幼苗为材料,以54μmol·m·s光强为对照,研究高光条件下(108μmol·m·s、180μmo·m·s及270μmol·m·s)香果树幼苗生长指标、光合气体交换参数、叶绿素荧光参数、脱落酸含量的变化,并利用RNA-seq技术进行转录组分析,筛选高光胁迫下的差异表达基因,并对其进行功能表达分析。主要研究结果如下:(1).高光胁迫导致香果树叶片发黄,根冠比增加,含水量下降。叶绿素及类胡萝卜素含量降低,花青素含量增加。(2).高光胁迫引起香果树幼苗光合气体交换参数及叶绿素荧光参数的显著变化,其中,净光合速率(Pn)、气孔导度(Cond)、蒸腾速率(Tr)下降,胞间二氧化碳浓度(Ci)上升;PSⅡ最大光能转化效率(Fv/Fm)、潜在活性(Fv/Fo)、实际光合效率[Y(Ⅱ)]、非光化学猝灭系数(NPQ)、光化学猝灭系数(q P)及电子传输效率(ETR)下降,调节性能量耗散量子产量[Y(NPQ)]和非调节性能量耗散量子产量[Y(NO)]上升。(3).高光胁迫对香果树膜结构造成损伤,导致叶片电导率以及丙二醛(MDA)含量显著上升;(4).高光胁迫引起香果树幼苗脱落酸(ABA)含量显著上升。(5).转录组结果分析显示,高光胁迫下,香果树共有6776个差异表达基因,其中有3063个基因表达上调,3713个基因表达下调。根据GO功能富集结果,上调基因功能条目(共2022个,显著富集196个)和下调基因功能条目(共1835个,129个显著富集)均包括生物过程、分子功能和细胞组分三种功能类别。KEGG代谢通路富集结果表明,所有差异表达基因都富集在次生代谢物的生物合成、代谢途径、光合作用等20种代谢通路中。在这些代谢通路中,光合作用相关基因Lhca4、Lhcb1、Lhcb2、Lhcb5、psaA、psaE、psaG、psaH、psaK、psaL、psaO、psbC、psbK、psbO、psbP、psbQ、psbR、psbW、petA、petC、petG、petE、atpC1、atpI、RBCS、rbcL、RCA、HEMA1、PORA以及脱落酸合成及信号通路相关基因NCED1、NCED3、CYP707A、PP2C51的表达水平显著下调;而光合作用相关基因psbS、atpA、atpD,花青素合成相关基因,抗氧化酶相关基因以及脱落酸合成及信号通路相关基因BGLU11、BGLU46、BGLU23、BGLU24、BGLU34、PYR/PYL、SnRK2C的表达水平显著上调。qRT-PCR验证结果显示:供试8个差异表达基因的表达水平与RNA-seq检测结果一致。综上所述,香果树主要通过调控光合作用、抗氧化酶系统、脱落酸代谢及信号通路以及花青素代谢通路响应高光胁迫。

关键词：香果树高光胁迫生理指标转录组差异表达基因

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高光胁迫下坛紫菜定量PCR内参基因的筛选

水产学报 2017年第7期41卷 1064-1072页

作者：昌晶陈陆丹徐燕纪德华陈昌生谢潮添集美大学水产学院

为了筛选不同高光光强胁迫下坛紫菜中表达水平最为稳定的内参基因,本研究采用qRT-PCR技术测定了植物中常用的6种内参基因UBC、TUB、18S、EF2、ACT和GAPDH在不同光照强度下培养的坛紫菜藻体中的绝对表达水平,并采用比较Ct值法、Ge Norm、... 详细信息

为了筛选不同高光光强胁迫下坛紫菜中表达水平最为稳定的内参基因,本研究采用qRT-PCR技术测定了植物中常用的6种内参基因UBC、TUB、18S、EF2、ACT和GAPDH在不同光照强度下培养的坛紫菜藻体中的绝对表达水平,并采用比较Ct值法、Ge Norm、Bestkeeper和NormFinder软件分析4种方法对6种候选内参基因的表达稳定性进行评估。结果显示,UBC的Ct值变化范围最小,18S的Ct值变化范围最大;ge Norm软件分析结果显示最稳定的内参基因为UBC和EF2;Bestkeeper和NormFinder软件分析结果类似,UBC基因的稳定值M均为最低值(分别为0.044和0.80),说明其表达水平最稳定。研究表明,UBC基因可以作为不同光照条件下坛紫菜基因表达qRT-PCR分析的最适内参基因。

关键词：坛紫菜高光胁迫内参基因 qRT-PCR

水稻幼苗不同叶位的叶片叶绿素荧光和类胡萝卜素的生物合成对高光胁迫的响应(英文)

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Acta Botanica Sinica 2002年第11期44卷 1303-1308页

作者：阳成伟彭长连段俊林桂珠陈贻竹中国科学院华南植物研究所

研究了水稻 (OryzasativaL .)幼苗叶片生长过程中叶绿素荧光和类胡萝卜素各组分含量的变化以及它们对高光胁迫的响应。结果表明 :随着叶片的衰老 ,光合速率、类胡萝卜素不同组分及总的类胡萝卜素含量和叶黄素循环库下降 ;不同叶龄的叶... 详细信息

研究了水稻 (OryzasativaL .)幼苗叶片生长过程中叶绿素荧光和类胡萝卜素各组分含量的变化以及它们对高光胁迫的响应。结果表明 :随着叶片的衰老 ,光合速率、类胡萝卜素不同组分及总的类胡萝卜素含量和叶黄素循环库下降 ;不同叶龄的叶片经高光胁迫后 ,第 5叶 (成熟叶 )qN增加的幅度比第 6叶 (幼嫩叶 )和老叶 (第 3和 4叶 )大 ;与高光胁迫前相比 ,第 3、4、5和 6叶光系统Ⅱ激发压 (1-qP)分别增加了 4 4 %、5 7%、19%和 4 5 % ;第 5叶具有高胡萝卜素含量和高紫黄质到玉米黄质的转化 ,这与其呈现较强的抗高光胁迫相一致。水稻叶片抵御光抑制的能力与类胡萝卜素水平和类胡萝卜素的生物合成能力以及叶片所处的生长时期相关。

关键词：水稻幼苗叶位叶片叶绿素荧光类胡萝卜素生物合成高光胁迫响应

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坛紫菜应答高光强胁迫的生理指标分析

应用海洋学学报 2016年第3期35卷 399-404页

作者：陈陆丹许凯徐燕纪德华陈昌生谢潮添集美大学水产学院福建厦门361021

以坛紫菜(Pyropia haitanensis)叶状体为材料,测定了其在不同光强强度胁迫下细胞内超氧阴离子自由基(O^-_2·)、过氧化氢(H_2O_2)、羟自由基(·OH)、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、还原型谷胱甘肽(GSH)含量、抗坏血酸过氧... 详细信息

以坛紫菜(Pyropia haitanensis)叶状体为材料,测定了其在不同光强强度胁迫下细胞内超氧阴离子自由基(O^-_2·)、过氧化氢(H_2O_2)、羟自由基(·OH)、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、还原型谷胱甘肽(GSH)含量、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性、过氧化氢酶(CAT)活性的变化.结果表明,在光强为200μmol/(m^2·s)即检测到了O^-_2·含量的显著上升,而当光强继续升高至500μmol/(m^2·s)以上时,O^-_2·含量开始显著减少,H_2O_2和·OH含量开始显著上升;SOD和CAT的酶活伴随光强升高而呈现为逐渐下降的趋势,GSH的含量在光强超过500μmol/(m^2·s)时显著下降,只有APX酶活在整个高光强胁迫过程中呈现为活性逐渐增强的趋势.这些结果说明,坛紫菜细胞内存在着一套应答高光强胁迫的活性氧清除机制,APX在其中发挥重要作用.但当光强超过500μmol/(m^2·s)以上时,坛紫菜细胞内的活性氧清除机制难以满足活性氧清除的需要,氧化性更强的·OH迅速积累,引起细胞膜脂的严重损伤.

关键词：海洋生物学坛紫菜高光胁迫活性氧抗氧化系统

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超表达GLDH拟南芥植株对高光胁迫的响应

华南师范大学学报（自然科学版） 2016年第1期48卷 84-88页

作者：李媚周娟彭长连华南师范大学生命科学学院广州510631

研究在短时间高光胁迫下2种基因型拟南芥植株(GLDH基因超表达植株gldh236OE和哥伦比亚野生型Col)的表型、叶绿素含量、叶绿素荧光等生理数据的变化.结果表明,超表达植株的抗坏血酸表达量显著高于野生型,高光对超表达植株叶片的伤害也小... 详细信息

研究在短时间高光胁迫下2种基因型拟南芥植株(GLDH基因超表达植株gldh236OE和哥伦比亚野生型Col)的表型、叶绿素含量、叶绿素荧光等生理数据的变化.结果表明,超表达植株的抗坏血酸表达量显著高于野生型,高光对超表达植株叶片的伤害也小于对照野生型;野生型植株叶片叶绿素含量在高光处理前后并无明显变化,而超表达植株的叶绿素含量显著降低;PSII有效光化学效率Yield和光合电子传递速率ETR呈明显降低趋势,对照野生型的降低程度更明显,说明高光胁迫使PSII结构与功能受到一定程度的损伤与破坏,而抗坏血酸含量的增加能在一定程度上缓解高光胁迫所带来的伤害.

关键词：拟南芥抗坏血酸高光胁迫超表达GLDH

高光胁迫对水稻籼粳亚种两个品种色素蛋白复合体的影响(英文)

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Acta Botanica Sinica 2000年第12期42卷 1278-1284页

作者：辛越勇冯丽洁许亦农焦德茂李良璧匡廷云中国科学院植物研究所光合作用基础研究开放实验室北京100093 江苏省农业科学院遗传生理研究所南京210014

以耐光抑制的水稻 (OryzasativaL .)粳亚种品种“武育粳”和对光抑制敏感的籼亚种品种“汕优 6 3”的剑叶为材料 ,比较研究了高光胁迫对水稻两个亚种光合系统的影响。结果表明 ,高光胁迫影响激发能在两个光系统之间的分配 ,抑制激发能... 详细信息

以耐光抑制的水稻 (OryzasativaL .)粳亚种品种“武育粳”和对光抑制敏感的籼亚种品种“汕优 6 3”的剑叶为材料 ,比较研究了高光胁迫对水稻两个亚种光合系统的影响。结果表明 ,高光胁迫影响激发能在两个光系统之间的分配 ,抑制激发能向PSⅡ传递。在籼稻中激发峰和发射峰以及相关比值在受到高光胁迫后下降的幅度均比在粳稻中显著。与粳稻相比 ,高光胁迫几乎使籼稻的PSⅡ捕光色素蛋白复合体的三聚体解体 ,使其PSⅡ捕光色素蛋白复合体的二聚体、PSⅡ内周天线色素蛋白复合体、PSⅠ捕光色素蛋白复合体以及PSⅠ反应中心叶绿素a蛋白复合体的含量明显降低。高光胁迫导致水稻两亚种的PSⅡ捕光色素蛋白复合物单体含量的增加。类囊体膜多肽分析表明 ,高光胁迫使属于PSⅡ捕光色素蛋白复合体的 2 7、2 5kD蛋白和PSⅠ捕光色素蛋白复合体的 2 1kD蛋白含量在水稻两亚种中都降低 ,其中以 2 5kD蛋白含量降幅最大。在籼稻中高光胁迫使属于PSⅡ内周天线色素蛋白复合体的 43kD和 47kD蛋白以及外周 2 3kD蛋白含量明显降低而在粳稻中则影响较小。

关键词：高光胁迫水稻籼粳激发能分配色素蛋白复合体