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微囊藻毒素与胞内蛋白质的结合在微囊藻生长和水华过程中的作用初探
Alternative TitleThe role of intracellular protein-bound microcystins in the growth of Microcystis and blooming process
魏念
Subtype博士
Thesis Advisor宋立荣,甘南琴
2017-05
Degree Grantor中国科学院水生生物研究所
Abstract微囊藻毒素(Microcystins, MCs)是蓝藻毒素中分布最广泛,研究最多的毒素之一,微囊藻毒素因其潜在的肿瘤促进作用而备受关注。近年来,研究发现微囊藻毒素在微囊藻的光合作用和群体形态维持中发挥作用,并可能参与产毒藻细胞对环境因子的响应。因此,微囊藻毒素的生物学功能逐渐受到重视。研究表明,在微囊藻细胞内,微囊藻毒素可以与蛋白质结合,微囊藻毒素与特定蛋白质的结合可以维持蛋白质高光胁迫下的生物活性,表明微囊藻毒素具有蛋白质调控功能。但是其它条件下微囊藻毒素与胞内蛋白质结合的研究较少,其在微囊藻生长中的作用有待探索。本论文通过研究与胞内蛋白质结合的微囊藻毒素在营养充足和营养限制条件下微囊藻生长过程中的变化,以及水华暴发过程中的变化,试图了解微囊藻毒素与蛋白质的结合在微囊藻生长和水华维持中的作用,进而拓宽对微囊藻毒素生物学功能的认识。本论文开展了室内和野外微囊藻毒素与胞内蛋白质结合的作用研究:研究了两种培养方式-分批培养和半连续培养方式下,微囊藻毒素与胞内蛋白质结合的变化及差异,并鉴定了半连续培养方式下细胞内主要的微囊藻毒素结合蛋白;研究了缺磷条件下微囊藻蛋白组及微囊藻毒素与蛋白质结合的变化,探讨了微囊藻毒素与蛋白质的结合对磷饥饿条件下微囊藻蛋白组响应以及细胞胁迫适应的影响;检测分析了太湖微囊藻水华期间微囊藻中与蛋白质结合微囊藻毒素和游离态微囊藻毒素含量的变化。主要研究内容和结果如下:(1)分析了两种培养方式微囊藻不同生长阶段微囊藻毒素与蛋白质结合的变化。结果表明在分批培养和半连续培养方式下,随着细胞的生长,细胞内与蛋白质结合的微囊藻毒素含量呈增多的趋势。分批培养方式下,微囊藻毒素结合的蛋白质种类在细胞不同生长阶段差异显著;半连续培养稳定期,微囊藻毒素结合的蛋白质种类不变。上述结果表明微囊藻毒素结合的蛋白种类与微囊藻细胞生长阶段相关,我们推测微囊藻毒素结合蛋白的种类可能受到细胞生长状态的影响。以上结果提示微囊藻毒素可能通过与蛋白质结合参与微囊藻的生长。(2)对半连续培养方式下微囊藻毒素结合蛋白进行鉴定和分析。利用双向电泳结合免疫印迹及质谱分析的方法,鉴定到8个微囊藻毒素结合蛋白,包括磷酸核酮糖激酶、磷酸甘油酸激酶、果糖二磷酸醛缩酶、甘油醛-3-磷酸脱氢酶、60 kD分子伴侣及ATP合酶α亚基等。这些蛋白质参与碳固定、代谢及能量转换,半连续培养稳定期与这些蛋白质结合的微囊藻毒素含量呈增多趋势,进一步表明微囊藻毒素可能通过与蛋白质结合参与半连续培养方式下微囊藻的生长。微囊藻毒素结合蛋白的活性受胞内氧化还原状态影响并受氧化还原系统的调节。微囊藻毒素与蛋白质的结合对这些蛋白质功能和活性的影响可能与氧化还原调节系统的调节模式类似。(3)采用相对和绝对定量同位素标记蛋白组学方法研究了缺磷对微囊藻FACHB-905蛋白组的影响。通过与磷充足细胞的蛋白组比对发现:FACHB-905细胞通过上调磷酸转运系统蛋白的表达量响应缺磷胁迫。长期缺磷抑制了细胞的基本代谢过程。缺磷条件下,细胞的转录、翻译及蛋白转运和定位等基本胞内活动均受到了抑制。另外,虽然缺磷抑制了FACHB-905细胞光合作用的电子传递,但光合系统II和光合系统I的结构仍保持完整。缺磷条件下FACHB-905细胞光合作用的抑制可能主要与重要光合色素叶绿素a生物合成的减少及含量的降低有关。缺磷条件下,FACHB-905细胞呼吸作用和碳分解代谢增强,碳吸收和氮同化减少,其中磷酸戊糖途径活动加强提供的还原力NADPH可能补充了光合作用抑制导致的还原力的减少。(4)研究分析了缺磷条件下微囊藻毒素与蛋白质结合的变化及其可能影响。磷饥饿条件下,细胞内与蛋白质结合的微囊藻毒素含量显著高于磷限制条件下。多种胁迫响应蛋白的上调表达仅出现在磷饥饿处理组。微囊藻毒素可能通过与蛋白质结合直接或间接调控这些蛋白质及相关蛋白质的表达量和活性,协助磷饥饿胁迫条件下微囊藻细胞的适应并维持光合系统的稳定性和完整性。(5)对太湖梅梁湾2013-2014年水华期间微囊藻中微囊藻毒素与蛋白质结合的变化进行了分析。本研究太湖样品中均检测存在微囊藻毒素与胞内蛋白质的结合,含量表现为水华高峰期与蛋白质结合的微囊藻毒素含量更高。胞内与蛋白质结合的微囊藻毒素含量和游离态微囊藻毒素(单位干重)含量存在一定的正相关关系。太湖微囊藻中与蛋白质结合的微囊藻毒素占总微囊藻毒素含量的一定比例。太湖水华期间不同年份不同月份微囊藻中微囊藻毒素主要结合的蛋白种类相同,微囊藻毒素与蛋白质的结合可能有利于水华高峰期微囊藻的胁迫适应。另外,目前水体微囊藻毒素的毒性风险评估往往忽略了与蛋白质结合的微囊藻毒素;高pH等条件下微囊藻毒素与蛋白质可能发生解离,释放出游离态微囊藻毒素。因此,我们建议评估水华水体微囊藻毒素的毒性风险时,应考虑将与蛋白质结合的微囊藻毒素纳入总微囊藻毒素含量。 以上研究结果证明,微囊藻毒素可能通过与胞内蛋白质结合参与微囊藻的生长和胁迫适应。
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.ihb.ac.cn/handle/342005/31165
Collection藻类生物学及应用研究中心_学位论文
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GB/T 7714
魏念. 微囊藻毒素与胞内蛋白质的结合在微囊藻生长和水华过程中的作用初探[D]. 中国科学院水生生物研究所,2017.
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