海洋线虫Litoditis marina酸性pH胁迫响应的转录组分析

工业革命以来,二氧化碳排放导致了海洋酸化。海水pH下降对无脊椎动物的生长发育、繁殖、代谢和免疫等多个生命过程产生重要影响,但海洋无脊椎动物如何感知和响应酸性pH胁迫的分子机制还很不清楚。本研究以团队建立的海洋线虫Litoditis marina品系为模型,对其在不同酸性pH条件下的表型特征及转录组数据进行了分析。结果表明,当pH从实验室最佳生长条件5.92下降到5.33时,L. marina生长发育的速度明显减慢,但依然可以产卵繁殖;但当pH下降到4.33时,L. marina的生长受到严重影响,表现为不能长成成体且不能产卵繁殖。通过转录组数据分析,发现当pH从5.92下降到4.33时,海洋线虫L. marina脂肪酸β-氧化通路基因和不饱和脂肪酸合成相关基因表达上调;表皮相关基因表达则呈现差异变化,2个nas基因和6个ptr基因表达显著上调,表皮胶原基因col类基因的表达没有发生显著变化;细胞色素P450通路相关基因、凝集素C基因和HSP70家族基因的表达量显著上调。当pH从5.92下降到5.33时,上述提到的这些上调基因中的大多数没有发生显著变化。我们发现的海洋线虫应答酸化胁迫的主要调控模式,为理解生物体能够在低pH环境中生存的分子机制提供了参考,为筛选和识别生物体响应和适应酸化胁迫的关键基因奠定了基础。     

海洋线虫Litoditis marina早期发育的转录组分析

全球气候和环境变化影响海洋动物的生长发育和繁殖等生命过程,探究环境因子调控发育的分子机制,需要深入了解海洋动物早期发育的生理和分子特征。以实验室驯化的潜在模式动物海洋线虫Litoditis marina为研究对象,对其胚胎期和孵化后发育早期2h、4h和6h的L1幼虫样品进行了转录组测序和分析。结果表明,2h、4h和6h的L1幼虫间差异较小,而三个L1幼虫样品与胚胎期相比,基因表达发生了显著变化。通过KEGG富集分析,发现与胚胎期相比,三个L1幼虫样品的多个通路如核糖体、核糖体生物发生、糖酵解/糖原异生、TCA循环和氧化磷酸化通路相关基因发生了显著上调。另外还发现多个神经递质和神经肽受体基因如dop-和npr-等在L1期转录水平显著上调。与胚胎期相比,L1幼虫的多个DNA复制和修复相关、Notch、Hippo和Hedgehog信号和剪切体等通路相关基因发生了显著下调。发现的L. marina早期发育转录组变化模式与已经发表的陆生模式生物秀丽线虫Caenorhabditis elegans从胚胎期到L1幼虫的转录组变化特征非常相似,但同一上调或下调通路中具体发生表达变化的基因有些不同。另外,L1幼虫显著上调的核糖体生物发生通路相关基因在秀丽线虫中发生了显著下调。进一步通过基因编辑等技术和方法深入研究发育调控关键基因的功能将为海陆近缘线虫间的发育进化机制、海洋线虫对潮间带环境适应以及全球气候变化应答的分子机制研究提供新认知。     

北极细菌Pseudoalteromonas sp.A2对H2O2胁迫的转录组分析

海水中的高溶解氧浓度、低温和UV辐射导致了氧胁迫是北极海洋细菌面临的主要胁迫因素之一。本文对北极细菌Pseudoalteromonas sp.A2对H₂O₂导致的氧胁迫的应答特征进行了转录组测序和基因差异表达的比较分析,以期发现与氧胁迫相关的关键功能基因。研究表明,与对照组相比,1 mmol/L的H₂O₂可导致菌株A2转录组的很大变化,包括109个基因的显著上调与174个基因的显著下调。COG分析表明,在功能已知的基因中,与转录后修饰、蛋白质转换和分子伴侣相关的基因大部分显著上调,而与氨基酸运输和代谢等相关基因则大部分显著下调。值得指出的是,有18个与鞭毛相关的基因和4个与热激蛋白相关的基因显著上调;同时,有9个与细胞色素和细胞色素氧化酶相关的基因和5个与TonB依赖受体相关的基因显著下调。在GO分析表明具有抗氧化活性的18个基因中,只有1个基因的表达显著上调,而有2个显著下调。简言之,RNA-Seq表明,除了传统的抗氧化基因和应激蛋白外,鞭毛相关基因和功能未知基因在菌株Pseudoalteromonas sp.A2的氧胁迫适应性中起着重要作用。该转录组分析和氧胁迫相关基因的发现有助于了解北极细菌的氧胁迫适应机制。     

低氧对中华哲水蚤存活和繁殖影响的实验研究

为研究低氧对海洋浮游生物关键种存活、繁殖等的影响,作者采用了实验室模拟低氧环境的方法,研究了低溶解氧(dissolved oxygen, DO)浓度对中华哲水蚤(Calanus sinicus)致死率、产卵和孵化的影响.研究发现,中华哲水蚤对低氧环境比较敏感,当DO质量浓度为2 mg/L左右时,中华哲水蚤会在1 h内全部死亡;当DO质量浓度为3 mg/L左右时,中华哲水蚤会在96 h内全部死亡;当DO质量浓度为4~6 mg/L 时,基本无死亡,但对中华哲水蚤的产卵有明显抑制作用,首次产卵时间推迟,产卵周期缩短.当DO质量浓度为4 mg/L时,基本不产卵,当DO质量浓度为6 mg/L时,产卵量也仅为常氧组的15%左右.当DO质量浓度为4~6 mg/L时,中华哲水蚤所产卵的孵化率为常氧组的60%左右,但差异不显著.可见,低氧对中华哲水蚤的存活和繁殖均有抑制作用,长时间低氧很可能会降低中华哲水蚤的种群数量,甚至改变海洋生态系统结构.     

泥蚶低氧胁迫后血细胞转录组及耐低氧相关基因的筛选与分析

泥蚶(Tegillarcagranosa)是一种比较特别的具有较强耐低氧能力的贝类,但目前其耐低氧分子调控机理尚不知。为探究泥蚶耐受低氧的分子调控机理,本研究对低氧胁迫下的泥蚶(Tegillarca granosa)血细胞转录组中富集的信号通路及生物学过程进行分析,并初步筛选分析耐低氧基因。对低氧(DO=0.5 mg/L)胁迫6、24、72、120 h的泥蚶血细胞进行转录组测序(RNA-seq)并开展生物信息学分析,筛选出差异基因集,并对胁迫72、120 h的DEGs进行GO富集分析、KEGG通路分析,采用qPCR方法检测7个DEGs的表达量并与转录组比较。结果显示从6 h开始到120 h的4个时间点的DEGs数量呈增多的趋势, GO功能分析主要富集在JUN激酶活性的负调控、蛋白质水解的负调控及免疫系统进程等主动抗凋亡、抗逆进程; KEGG通路分析主要富集在胰岛素及胰腺分泌的信号通路、HIF-1通路、钙信号相关通路和细胞凋亡相关通路。qPCR检测结果显示, 7个基因的表达上调/下调趋势与转录组测序一致,证实了转录组测序结果的可靠性。本研究推测胰腺分泌信号通路、钙信号通路及凋亡通路在泥蚶...     

军曹鱼响应低氧胁迫转录组SNP位点鉴定及其功能注释分析

为了研究低氧胁迫下军曹鱼肠道转录组中单核苷酸多态性(SNP)标记位点及SNP所在基因SNP-Unigene的作用,通过SOAPsnp软件对军曹鱼幼鱼对照组和低氧胁迫转录组测序结果进行SNP检测,并将其比对到GO、KOG、KEGG数据库进行功能注释。结果显示,军曹鱼转录组SNP位点分布在26 120条SNP-Unigene上,共检测到431 845个SNP位点,SNP平均发生频率约为1/171 bp;SNP-Unigene功能注释发现,在低氧胁迫条件下,军曹鱼SNP-Unigene主要涉及信号转导、传染病、癌症和内分泌系统等信号通路。进一步筛选到3 417条SNP-Unigene被注释到MAPK信号通路等35条与免疫相关的通路中。基于转录组差异基因分析,检测了其中7个重要免疫通路中18个免疫相关基因的SNP位点分布情况。同时,也检测了HIF-1信号通路中PIK3CA等8个差异基因的SNP位点分布情况。研究结果将为进一步挖掘免疫及低氧相关SNP的分子遗传标记奠定基础,为军曹鱼低氧适应机制的深入研究提供科学参考。     

花鲈低氧诱导因子基因(hifs)的序列分析及低氧诱导表达

低氧诱导因子基因(hifs)是由α和β构成的异源二聚体转录因子,在生物低氧应答中发挥着重要作用。本实验对花鲈4个hifs基因进行了序列分析及组织表达检测,并检测了各基因在低氧诱导后的mRNA表达变化。研究表明,通过全基因组比对、进化树分析和共线性分析,共鉴定出花鲈的4个hifs基因,分别为hif1α、hif2α、hif3α、hif1β。组织表达结果显示,hifs基因具有组织特异性表达特征。低氧((1.56±0.24)mg/L)诱导下,hifs各基因的响应时间和响应程度存在一定差异。肝组织中,低氧胁迫3和6 h后,hif1α、hif2α、hif3α和hif1β表达量均出现了显著升高,表明hifα和hif1β基因可能共同起低氧调控作用;而低氧胁迫12 h后,仅hif1α表达量显著高于对照组,表明hif1α基因在肝组织低氧调控12 h内持续起作用。鳃组织中,低氧胁迫3 h后,hif1α、hif2α、hif3α基因表达量出现了显著升高,而低氧胁迫6 h后,hif3α和hif1β基因表达量显著升高,说明在鳃组织前3h的低氧胁迫中仅hifα基因起调控作用,而6 h后hif3α和hif1β基因共同调控低氧胁迫。常氧恢复阶段肝、鳃组织中各基因表达量均与对照组无显著差异。本研究结果表明,4个hifs基因的组织表达具有特异性,同时对低氧的响应时间和程度不同,研究结果弥补了花鲈hifs基因及低氧应答研究的空白。     

大弹涂鱼(Boleophthalmus pectinirostris)单核巨噬细胞低氧胁迫比较转录组学分析

低氧是鱼类在水生环境中的关键压力之一。而大弹涂鱼(Boleophthalmus pectinirostris,mudskipper)可能是少数能在低氧中自然呼吸的脊椎动物。本研究中,我们分析了低氧胁迫8h后大弹涂鱼头肾源单核巨噬细胞(monocytes/macrophages,MO/MΦ)转录组变化。采用Illumina Hiseq 4000平台进行高通量测序,获得了大弹涂鱼MO/MΦ短时低氧胁迫相关的转录组数据,并将获得的原始数据上传至NCBI获得ID号:SRR9771486-SRR9771491 (Bioproject PRJNA543702)。分析结果显示,P0.05和|log2(fold change)|≥1条件下进行差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)筛选,低氧处理组中共获得4487个DEGs,包括2507个上调DEGs,1980个下调DEGs。其中低氧诱导因子(hypoxia-inducible factors,HIF)转录本的表达无显著变化,而血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor-A.VEGF-A)和3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)基因转录本表达上调。基因本体(Gene Ontology,GO)注释以及京都基因和基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)信号通路富集分析揭示了糖酵解/糖异生和氧化磷酸化可能在MO/MΦ应对短时低氧胁迫中具有重要作用。随机选择10个DEGs进行实时荧光定量PCR验证,上述基因表达变化趋势与转录组数据一致。本研究揭示了在短时低氧胁迫下大弹涂鱼MO/MΦ基因表达及信号通路调控机制。     

病毒感染海洋球石藻Emiliania huxleyi的转录组分析

海洋球石藻Emiliania huxleyi及其特异性裂解病毒E. huxleyi virus (EhVs)在调节海洋碳、硫循环及全球气候变化中起着重要作用,也是开展真核生物病毒–宿主相互作用研究的良好模型系统之一。为了探究病毒感染条件下E. huxleyi基因表达水平的变化,以海洋球石藻E. huxley–BOF 92及其专一性裂解病毒EhV-99B1为研究对象,利用Illumina HiSeq 2000高通量测序技术,分别对E. huxleyi病毒感染组(Exp)和非感染对照组(Con)6 h和45 h的藻细胞样品进行转录组测序分析。共得到32 909条平均长度为1 153 bp的基因。病毒感染6 h和45 h分别得到2 617和5 229个差异表达基因,其中共差异表达基因465个。随机选取10条差异表达基因,采用qRT-PCR进行实验验证,结果证实转录组分析可靠。GO功能注释和KEGG通路富集,发现大量基因与氧化应激反应、脂类代谢、碳水化合物代谢及信号转导等代谢过程相关,其中变化最显著的是谷胱甘肽代谢途径。从病毒感染球石藻转录组中筛选出部分与氧化应激反应相关的基因,其中9个基因显著上调,11个基因显著下调,表明宿主能够通过体内的氧化应激反应响应病毒胁迫。     

雨生红球藻sir基因克隆及在硫代谢中的功能分析

亚硫酸还原酶是硫代谢的关键酶。本文首次从雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)中克隆了亚硫酸还原酶基因(sir),发现该sir的DNA序列由3 885个核苷酸组成,包括9个内含子,cDNA序列全长为2 079 bp,编码692个氨基酸,属于NiR/SiR铁氧还蛋白超家族。系统发育分析表明,雨生红球藻中的sir基因与其他淡水绿藻的亲缘关系最近。在0～50 mmol/L Na_2SO_3浓度范围内,sir基因转录水平与Na_2SO_3浓度呈正相关,说明雨生红球藻中sir基因与亚硫酸盐代谢直接相关。对不同硫浓度条件下sir的转录水平分析表明,雨生红球藻sir的转录水平会随培养时间呈周期性变化,0.5 g/L MgSO_4·7H_2O组sir基因的转录水平在前4天明显上调,显著高于其他各组。培养基中不同硫浓度对雨生红球藻生长的影响表明,0.5 g/L MgSO_4·7H_2O组表现出明显的生长优势,在第10天表现出最高的细胞密度。因此,0.5 g/L MgSO_4·7H_2O更适宜作为雨生红球藻培养中的硫酸盐添加量。     

低氧胁迫对菲律宾蛤仔抗氧化酶的影响

为了研究不同低氧水平对菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum)的影响,在实验室条件下设置溶解氧为0.5 mg/L和2.0 mg/L的低氧海水环境,以溶氧水平为7.0 mg/L的天然海水为对照组,研究了低氧胁迫对菲律宾蛤仔抗氧化酶的影响。结果表明:在低氧胁迫的时间越长的条件下,乳酸脱氢LDH和琥珀酸脱氢酶SDH的活力逐渐降低,而碱性磷酸酶AKP活力逐渐增大;对于相同的酶,对照组的酶活力高于处理组的酶活力;在溶氧DO越低的情况下,菲律宾蛤仔的死亡率越高。     

Bioenergetics of parental investment in two polychaete species with contrasting reproductive strategies: The planktotrophic Boccardia chilensis and the poecilogonic Boccardia wellingtonensis (Spionidae)

The level of parental investment for larval nutrition may determine the life cycle in marine invertebrate species laying egg masses or capsules, where the food available for enclosed individuals would determine time and developmental stage of hatching. Most species show a unique type of larval development. However, few species are poecilogonous and combine more than one development type. Poecilogony, although scarcely studied, allows comparing different patterns of parental reproductive investment, without the phylogenetic effect of the species ancestral modes of development (phylogenetic inertia), to help to understand the factors determining life strategy evolution in marine invertebrates. The poecilogonous polychaete worm Boccardia wellingtonensis encapsulates and incubates its offspring, which then hatches as either planktotrophic larvae or benthic juveniles; while Boccardia chilensis shows a non-poecilogonous reproductive type, producing only planktotrophic larvae. In this work, we estimated the bioenergetic and biochemical composition of brooding and non-brooding females of B. wellingtonensis and B. chilensis to compare the costs of reproduction in these two species. Results showed that glucose, protein, lipid, and energy content were significantly higher in non-brooding than in brooding females of B. wellingtonensis; but also contained significantly more glucose, protein, and lipid than females of B. chilensis (in absolute and relative dry weight values). The poecilogonous species showed higher energy content previous to laying offspring. Our results support the idea that the evolution of a certain reproductive and life history traits in marine invertebrates is related to adaptations in the female's reproductive investment.     

中国温带海域新发现较大面积(大于0.5km2)海草床:Ⅱ声呐探 测技术在渤海唐山沿海海域发现中国面积最大的鳗草海草床

近些年来随着生境的破坏其分布面积急遽下降,较大面积连续分布的海草床已经非常少见。本研究首次将声呐探测技术应用到海草床时空分布特征的相关研究中,在河北唐山乐亭-曹妃甸沿海发现目前中国面积最大的鳗草(Zostera marina)海草床,海草床面积高达29.17 km~2,绘制了鳗草分布图和水深分布图,并对鳗草生物量和茎枝高度等基本生物学指标进行了调查。该发现极大丰富了中国海草数据库,并为鳗草的深入研究及保护提供了得天独厚的实验基地,也为周边海洋牧场的构建打下良好的基础。     

敌百虫对两种赤潮微藻生长的毒性效应研究

敌百虫是使用最为广泛的有机磷农药之一,在水产养殖中主要用于防治甲壳类寄生虫。本文研究了72 h的急性暴露以及25 d的亚慢性暴露下,敌百虫对两种赤潮微藻海洋卡盾藻和锥状斯氏藻生长的影响,以了解敌百虫对海洋微藻的毒性及海洋初级生产力的影响。在急性暴露下,高质量浓度敌百虫能明显抑制两种藻细胞的生长,而低质量浓度则对藻细胞的生长影响不明显,敌百虫对海洋卡盾藻和锥状斯氏藻生长的72 h EC50分别为32.1 mg/L和22.1 mg/L。在亚慢性暴露下,两种藻细胞对敌百虫的敏感性相近,高质量浓度组(25 mg/L)的藻细胞在暴露的第7~9天就全部死亡;1 mg/L的低质量浓度组,藻细胞的生长状况与对照组相近;5 mg/L和10 mg/L质量浓度组在暴露初期对藻细胞生长具有抑制作用,但在暴露后期则明显刺激了藻细胞的生长。本研究说明水环境背景质量浓度下的敌百虫不会抑制浮游植物的生长,但施药一段时间后,可刺激藻细胞的生长,从而增加了引发赤潮的风险。     

基于RNA-seq数据分析长牡蛎(Crassostrea gigas)天然免疫的可变剪接事件

大部分无脊椎动物缺乏基于经典抗体和记忆细胞的适应性免疫, 因而天然免疫在无脊椎动物免疫防御中发挥不可或缺的作用。可变剪接正是产生天然免疫多样性和特异性的重要途径。牡蛎(Crassostrea)是全球范围内的大宗养殖贝类和我国产量最高的海水养殖贝类, 理解其天然免疫系统的多样性和特异性对牡蛎病害防治和养殖业健康可持续发展至关重要。通过对不同病原诱导以及诱导后不同时间的转录组进行生物信息分析, 系统地研究了长牡蛎天然免疫应激反应的可变剪接事件。发现在弧菌诱导下可变剪接事件的总数显著增加, 表明弧菌的感染会诱导长牡蛎可变剪接事件的产生。对病原诱导后可变剪接体的组成类型及表达量显著变化的基因的功能富集分析, 表明免疫系统相关功能被显著富集, 病原感染不同阶段以及不同病原感染后可变剪接体的组成类型和表达量均不一致, 表明长牡蛎免疫系统可通过可变剪接产生免疫响应的特异性和多样性。研究结果为长牡蛎等无脊椎动物天然免疫多样性和特异性提供了典型实例, 也为长牡蛎病害防御提供了理论支撑。     

刘公岛海洋牧场底层海水溶解氧浓度的变化特征

由于缺乏长期观测资料,前人对山东半岛邻近海域海水溶解氧的时间变化和空间分布特征的研究较少。本文基于威海刘公岛海洋牧场于2016年7月20日至2017年3月14日期间,利用生态环境实时在线观测系统获得的底层海水的温度、盐度、水深、溶解氧数据,分析了该牧场海水溶解氧浓度的时间变化特征及其影响因素,并探讨了低氧灾害发生的可能性。结果表明在观测期间,该牧场海水溶解氧浓度以季节变化为主,冬季最大、夏季最小,其中2月份平均值最高,约为10.86mg/L,8月份平均值最低,约为5.91mg/L。同时海水溶解氧浓度也存在显著的小时变化和日变化,且变化幅度于8月份最大、3月份最小。影响海水溶解氧浓度变化的主要因素是海水温度,溶解氧浓度随着温度的季节性变化而变化。夏季,水体分层会使溶解氧浓度发生大幅度的降低,大风过程对于溶解氧浓度也有一定的影响,通过打破夏季的季节性温跃层使水体发生垂向混合从而为海底提供氧气,但大风过程之后的几天会出现溶解氧浓度降低的现象。本次研究发现刘公岛海洋牧场在观测期间不存在低氧现象。     

盐度对大叶藻种子萌发和幼苗发育的影响

大叶藻海草场是重要生境但在我国严重退化,亟需研究有效的修复方法。本文以桑沟湾的大叶藻种子为研究对象,探讨了盐度急变(0~30)对种子萌发、萌发后继续发育和存活及幼苗幼叶的光合与呼吸速率的影响,为以种子繁殖修复大叶藻海草场提供参考。结果表明:盐度降低促进种子萌发,盐度15及以下效果显著,盐度0时萌发率最高;盐度0~15中萌发的种子均可发育成幼苗,发育和衰亡的比例和速率受萌发盐度背景和萌发后培养盐度的双重影响——较高萌发盐度有利于种子萌发后的发育和存活,种子萌发后于盐度5~30中均可建成幼苗并存活、但在盐度0或1中发育至不同程度后全部死亡。盐度5~30范围内,幼苗幼叶均有净产氧,光合和呼吸作用及净产氧率具随盐度升高而增强趋势。于盐度0或5中萌发、盐度5~30中进一步培育的变盐育苗策略,最高实现了24%或12%的种子于2个月内建成幼苗并继续发育,可作为种子繁殖法修复大叶藻海草场的技术参考。     

Contrasting shell morphology, ingestion and grazing preferences in the neritid gastropod Smaragdia viridis (L.) on two seagrass species

The neritid Smaragdia viridis represents the only known native marine mollusc that feeds on seagrass tissues in the European coasts, displaying a strong association with the seagrasses Cymodocea nodosa and Zostera marina in southern Spain. Seasonal dynamics, shell and radular morphology, growth and feeding of this gastropod have been studied in relation to each seagrass species for contrasting trends resulting from a different type of substrate and food source. In both seagrass species, stable populations of this gastropod occur at similar densities and displaying similar growth rates. Nevertheless shells of individuals from C. nodosa are narrower than those from Z. marina and some differences, possibly a consequence of increased wearing on C. nodosa, were noted amongst the radulae. In C. nodosa, a pre-ingestive selection for young epidermal tissues occurs as it was previously observed in Z. marina. The ingestion rate is higher in C. nodosa than in Z. marina but the absorption of ingested tissues is lower in the former. If both seagrasses are present, most individuals ingested preferentially Z. marina rather than C. nodosa, probably due to the lower digestibility of the epidermal tissues in the latter. Seagrass beds, especially those of Z. marina, are suffering a strong regression in southern Spain and the presence of stable populations of this neritid may be restricted to other declining seagrass species in the area.