高原湖泊水华蓝藻中的紫外吸收物质类菌胞素氨基酸(MAAs)的研究

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近年来,随着臭氧空洞的扩张,辐射到地面的紫外线越来越强烈,给地球上的生物尤其是水生生物的生存带来极大损害,蓝藻作为地球上的先锋拓殖生物首生存受到严重威胁。蓝藻在与紫外线的抗争过程中进化出来合成抗紫外线物质如类菌胞素氨基酸,可以有效消除紫外带来的伤害,对蓝藻尤其一些水华蓝藻生长有重要作用。一些高原湖泊,如云南大理的洱海和昆明的滇池,常年遭受强烈紫外辐射,但是这些地方的局部地区蓝藻水华却是经常暴发,一些水华蓝藻也可以合成MAAs,研究水华蓝藻中的MAAs及其生物合成可以进一步加强对于蓝藻水华暴发的认识,同时为蓝藻水华的资源化利用提供理论基础。本论文从水华蓝藻中的MAAs生物合成方面及其分布动态进行了探究,主要结果如下:  1.通过分光光度法,高效液相色谱分析法和超高效液相色谱-质谱联用分析发现来源于滇池的水华束丝藻可以合成两种MAAs,shinorine和porphyra-334,其中shinorine的含量比porphyra-334要高,而porphyra-334的相对含量比铜绿微囊藻中要高;  2.通过实验方法的改进,制备了shinorine和porphyra-334的标准品,其纯度可以达到90.2%和85.4%,而且在高效液相色谱上游有明显不同的吸收峰,可以作为标准品使用,同时利用标准品确定了shinorine和porphyra-334的标准浓度曲线,可以对这两种MAAs进行定量计算,来源于洱海的微囊藻藻株的MAAs含量比滇池的束丝藻中高;  3.设计引物,对水华蓝藻,包括微囊藻和束丝藻藻种的MAAs合成基因进行了检验,能合成MAAs的藻株基本含有全部的基因,一些藻株只含有部分的MAAs合成基因,而部分没能检测出来合成MAAs的藻株中也含有全部的MAAs合成基因簇,MAAs合成基因在这两种水华蓝藻中都是呈现无规律分布,藻种之间差异很大;  4.通过overlapping PCR技术对微囊藻和束丝藻的MAAs合成基因簇进行了扩增,发现mysA和mysB基因比较保守,微囊藻中的这两个基因共用一套转录系统,存在重叠区域,而mysC和mysD基因变异较多,发现两种水华蓝藻的mysC基因中都存在一段碱基的插入,其中微囊藻中的这段碱基的插入对微囊藻MAAs的产量有一定影响,在束丝藻中的没有影响;  5.通过选择压力分析了微囊藻中合成MAAs的基因簇,发现Ka/Ks均小于1,mysA,mysB,mysC和mysD基因都是处于负向进化,处于较弱的净化选择之中。而Datamonkey的系统进化分析表明,所有的mys基因中均不存在正向选择作用。  6.通过基因的相似度、蛋白质氨基酸的序列和系统发育分析,束丝藻中的MAAs合成基因簇在束丝藻种属间表现种间、种内和地域差异性;蛋白质的空间构象表明这些差异并不影响最后MAAs的形成;  7.通过蛋白质氨基酸序列和系统发育分析,发现在束丝藻的MAAs合成基因中的mysC和mysD基因中,存在着部分片段由水华束丝藻向柔细束丝藻的水平基因转移;  8.通过比较基因组法证实束丝藻中MAAs的合成方式属于Nostoc type;  9.洱海水质总体处于中度营养型向富营养化初级阶段转变阶段。高原湖泊中,滇池水体中的MAAs含量高于洱海,夏季高于冬季,水华时期高于非水华时期,并且紫外光对水体中的MAAs影响较弱。
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