摘要
球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)是引发中国近海有害藻华的主要物种，其最显著的特点是具有复杂的异型生活史，能够在游离单细胞和凝胶状囊体之间进行形态转变。囊体是球形棕囊藻藻华爆发时的主要形态，是球形棕囊藻能够在海洋生态系统中占据优势的重要原因。目前，对球形棕囊藻囊体形成的影响因素已有较多认识，但对其囊体形成的分子机制仍不清楚，阻碍了对球形棕囊藻藻华形成机制的认识。本研究综合运用生理学、转录组学和生物信息学理论方法，研究了球形棕囊藻囊体形成不同阶段和不同温度条件下细胞转录组的差异表达，筛选、确认差异表达基因及其参与的生物学过程，重点研究了与囊体形成相关的基因及其参与的生物学过程，从糖胺聚糖的生物合成和降解、碳氮代谢、蛋白质生物合成、细胞运动、细胞防御和信号传导等角度揭示了球形棕囊藻囊体形成的分子机制，取得的主要研究结果如下: (1)球形棕囊藻囊体形成可分为四个阶段:游离单细胞(SC_20)、两个细胞(C2_2)、四个细胞(C4_4)和囊体形成(CC_20)。在囊体形成后还同时存在部分未形成囊体的游离单细胞(NCC_20)。从成熟囊体中释放出的游离单细胞无鞭毛，后细胞恢复运动、但很快丢失鞭毛并附着在基质表面，释放出粘液基质，进而形成囊体。高温32℃条件下，未成囊游离单细胞的生长速率高于20℃，且在整个生长过程中一直保留鞭毛结构，未观察到鞭毛丢失; (2)运用转录组学方法研究比较了囊体形成不同阶段细胞的转录组，共鉴定到79，824个unigene，其中不同阶段差异表达基因主要参与糖胺聚糖的生物合成和降解、氮代谢、信号传导和细胞防御以及细胞运动等过程。在20℃囊体形成过程中，相比未成囊游离单细胞(NCC_20)而言，球形棕囊藻细胞在囊体形成过程不同阶段，糖胺聚糖的生物合成显著增加，降解过程显著下调，促成糖胺聚糖大量积累;囊体细胞氮代谢过程显著增强，谷氨酰胺合成增多，为细胞合成糖胺提供大量前体底物;囊体细胞内与信号传导和植物，病原体通路相关的基因表达显著下调，表明囊体基质的存在为囊体细胞提供了保护;囊体形成过程中，鞭毛虽呈现生长和丢失过程，但相对NCC_20而言，运动相关基因的表达均显著下调。 (3)运用转录组学方法研究了不同温度培养条件下单细胞和囊体细胞的转录组，发现温度会影响球形棕囊藻中糖胺聚糖的积累和鞭毛的形成。在32℃条件下，与细胞防御相关的基因表达显著上调，而在囊体中，与细胞运动相关的基因均显著下调，包括鞭毛内运输，动力蛋白，驱动蛋白和肌球蛋白，以节约更多的能量用于囊体基质的生物合成或其他生命活动。温度可能改变了细胞内糖胺聚糖的积累，加速糖胺聚糖的降解，影响囊体基质的形成，从而导致细胞不能形成囊体。
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