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變化規(guī)律因表達變化規(guī)律Integrationofproteomictranomicrevealsvaryingpatternofgeneexpressioninsynechocystissp.PCC6803undersaltstressnitrogenstarvation學科專業(yè)：制藥工程研究生：黃思強指導教師：喬建軍副教授天津大學化學工程學院二零一三年五月摘要摘要

2、組學技術已被廣泛應用于揭示細胞在不同生境下的分子變化規(guī)律和響應機制。通過結合iTRAQ蛋白質組學技術和RNAseq轉錄組學技術分析集胞藻6803在高鹽和氮元素缺乏逆境下的基因組水平上蛋白質和RNA的表達變化來尋找不同細胞水平上參與抗逆的關鍵基因和調控模塊。在鹽脅迫條件下，蛋白質組數(shù)據(jù)分析顯示“蛋白質合成”基因在鹽脅迫下表達變化顯著，其他如“能量代謝”、“脂肪酸和磷脂代謝”功能蛋白和一些調控蛋白也變化顯著。同時大量的未知功能蛋白在鹽脅迫適

3、應期表達上調顯示胞內抗逆機制的多樣性。轉錄組數(shù)據(jù)分析也得到大量參與“能量代謝”，“蛋白質合成”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。此外轉錄組數(shù)據(jù)顯示細胞會通過修飾細胞膜，加強離子的轉運來應對鹽脅迫。蛋白質組和轉錄組數(shù)據(jù)的相關性分析發(fā)現(xiàn)基因蛋白對應物其上調或下調的對應關系是否一致與基因的功能顯著相關，顯示出細胞在鹽脅迫下轉錄調控和轉錄后調控過程的多樣性。通過選取若干在蛋白質水平上上調的未知功能基因，利用基因敲除技術成

4、功篩選得到了4個對鹽脅迫敏感的缺失突變株，其中一個蛋白參與CO2的攝取，其余三個為未知功能蛋白。在氮元素缺乏條件下，氮元素轉運與吸收、核糖體復合物、糖酵解和三羧酸循環(huán)等代謝有關的蛋白顯著下調；上調的蛋白中包含了一些光合作用相關蛋白，同時一些轉錄調控因子也表達上調，結果表明細胞將協(xié)調各個功能模塊來應對氮缺乏狀況。轉錄組數(shù)據(jù)也顯示：光合作用、蛋白質合成和能量代謝相關的基因顯著下調了。上調量較大的基因有離子轉運蛋白和某些轉座酶，提示細胞在抗逆

5、過程中可能存在染色體水平上的調控。此外利用權重基因共表達網絡分析得到與耐氮缺乏高度相關的兩個功能模塊：其中一個富含光合作用相關蛋白，另一個富含未知功能蛋白。組學數(shù)據(jù)結合分析也顯示有些功能組如蛋白質合成有關的基因在RNA和蛋白水平上顯示出相對較高的一致性，而與光合作用相關的一些基因卻表現(xiàn)出變化的想反性。為驗證光合系統(tǒng)與藍藻應對氮缺乏逆境的相關性，成功篩選得到相關突變體ΔpsbV，通過對缺失突變株的生理測定驗證了其與細菌氮缺乏的耐受相關。這