基于比较组学探讨全球暖化及光辐射增强叠加胁迫诱发刺胞动物-微藻共生体白化现象的分子机理——以绿水螅为例
批准号:
42077208
项目类别:
面上项目
资助金额:
57.0 万元
负责人:
潘红春
依托单位:
学科分类:
环境生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
潘红春
中文摘要
受全球暖化及光辐射增强的叠加胁迫,珊瑚礁主成分刺胞动物-微藻共生体白化(共生藻数量减少)日趋严重。热胁迫和强光胁迫破坏宿主与微藻间共生关系稳定性进而诱发白化的机制值得深入研究,而宿主与共生藻间相容、互作及代谢流等共生策略对气候异常的响应是其中重要的科学问题,但珊瑚礁刺胞动物-微藻共生体难以规模化繁殖培养严重制约相关研究的开展。我们筛选到一个“热-强光”双胁迫参数组合能诱导绿水螅白化;胁迫解除后共生藻数量逐渐恢复(去白化),因此绿水螅可作为该类共生体白化现象类比研究的模式生物。基于此,本课题拟运用比较组学方法,分别在热-强光双胁迫、热单胁迫及强光单胁迫背景下对绿水螅宿主和共生藻在白化及去白化进程不同阶段差异表达的基因、蛋白质和代谢物进行系统性比较研究,揭示宿主和共生藻与白化相关的基因及蛋白质、基因表达调控途径及代谢通路的多维特征,以期对刺胞动物-微藻共生体白化发生分子机理进行综合分析和评价。
英文摘要
Under the combined stress of global warming and enhanced light radiation, the bleaching (the number of symbiotic algae decreases) of cnidarian-microalgae symbionts, as the main component of the coral reef ecosystem, is becoming more and more serious. The mechanism by which heat and strong light threaten the stability of this type of symbiont is worthy of further study, and the response of symbiotic strategies such as compatibility, interaction and metabolic flow between host and symbiotic algae to climate anomalies is an important scientific issue. However, one fact restricts seriously the development of related research about coral bleaching that cnidarian-microalgae symbionts from coral reef are difficult to be propagated and cultured on a large scale in the laboratory. In our preliminary study, we screened out a "heat - strong light" combined stress condition which could make green hydra bleach, and the number of symbiotic algae in green hydra gradually recovered (de-bleaching) after the stress was relieved, so green hydra could be used as an alternative model organism for the analogical study about the bleaching of cnidarian-microalgae symbionts. Based on this, this study intends to use transcriptomic, proteomic and metabolomic analysis to compare systematically genes, proteins and metabolites that are differentially expressed between different stages in the process of bleaching and de-bleaching of green hydra under the background of the combined stresses of heat and strong light, the heat stress and the strong-light stress respectively. The multi-dimensional characteristics of genes and proteins related to bleaching, gene expression regulation pathways and metabolic pathways from the project are valuable for us to better understand the molecular mechanisms about the bleaching of cnidarian-microalgae symbionts.
受全球暖化及光辐射增强的叠加胁迫,珊瑚礁主成分刺胞动物-微藻共生体白化(共生藻数量减少)日趋严重。我们筛选到一个“热-强光”双胁迫参数组合能诱导绿水螅白化;胁迫解除后共生藻数量逐渐恢复(去白化),因此绿水螅可作为该类共生体白化现象类比研究的模式生物。. 本课题基于比较组学对高温及强光胁迫下绿水螅宿主和共生藻的分子响应、绿水螅白化和去白化进程中宿主和共生藻的分子响应动态以及白化的绿水螅重新感染共生藻(人工重建水螅-微藻共生体)进程中的分子响应动态进行了系统性的研究,初步揭示了与高温及强光胁迫下绿水螅白化现象发生机制相关的分子路线图:(1)维持水螅宿主与共生藻间共生关系稳定性的根基在于两个方面,一是水螅宿主为容纳共生藻而降低自身对共生藻的免疫性;二是共生藻保持低水平的光合作用(光合作用的副产物活性氧对宿主形成氧化损伤威胁),这样共生藻既能传递光合作用产物给宿主,而活性氧增量不超过共生体系(宿主和共生藻)的抗氧化总能力;(2)温度和光辐射强度是影响光合作用水平的重要因子,高温和强光均能提高共生藻光合作用水平,这时共生藻传递给水螅宿主的糖类物质可能出现“浪涌”式增加、从而对水螅宿主代谢体系形成冲击(水螅宿主以小型水生节肢动物为食,其相关代谢途径适应低糖营养物质),于是光合作用产物增量可能引起共生体系中的物质代谢紊乱、特别是糖代谢紊乱,同时活性氧增量超过了共生体系的抗氧化总能力。这样,共生藻对于水螅宿主的角色从“有益”转变成“有害”,水螅宿主则提升对共生藻的免疫水平、启动一定的免疫机制消化、清除或“驱赶”共生藻,从而使其体内共生藻数量减少(白化发生)而得以“自保”。. 总之,本项目发现了若干绿水螅宿主和共生藻与白化相关的基因、蛋白质和代谢物、基因表达调控途径及代谢通路,探讨了绿水螅白化现象发生的分子机制,这些结果可为全球气候异常背景下珊瑚礁主成分刺胞动物-微藻共生体白化发生机理研究提供参考。
基于比较组学探讨全球暖化及光辐射增强叠加胁迫诱发刺胞动物-微藻共生体白化现象的分子机理——以绿水螅为例
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:57万元
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批准年份:2020
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负责人:潘红春
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依托单位:
基于比较转录组及蛋白质组探讨绿水螅-单细胞绿藻共生体宿主与绿藻间非对称依赖型共生策略的分子机理
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批准号:31671529
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项目类别:面上项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2016
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负责人:潘红春
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依托单位:
淡水无脊椎动物-单细胞真核绿藻共生体宿主与绿藻协同进化分子机制的研究
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批准号:31370406
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项目类别:面上项目
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资助金额:15.0万元
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批准年份:2013
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负责人:潘红春
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依托单位:
组成型高表达的水螅基盘特异性过氧化物酶RNAi沉默对极性体制的维持及成熟芽体脱离母体调控机制的影响
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批准号:31171415
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项目类别:面上项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2011
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负责人:潘红春
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依托单位:
国内基金
海外基金