基于组学技术的不同采收期长紫菜品质差异研究

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长紫菜(Porphyra dentata)是中国南方自然紫菜资源的主要种类之一,其藻体较薄、口感好。长紫菜的固醇萃取物有抗肿瘤活性,且有研究报道其发酵产品具有多种生物活性,有较高利用价值。紫菜采收有“分茬”的特点,不同采收期的紫菜在品质特性相关指标存在差异,但关于不同采收期长紫菜品质差异机制研究鲜有报道。紫菜具有复杂多样的进化历史和生物学特征,随着后基因时代的到来,在藻类研究中也得到了应用。高通量筛选的组学技术在藻类研究领域中的应用,也大大促进了藻类蛋白质组学的发展。目前蛋白质组学技术在藻类研究中已广泛应用于品质差异鉴定、养殖胁迫、生理机制研究等方面,但关于不同采收期长紫菜品质差异机制研究鲜有报道。鉴于此,为揭示不同采收期差异蛋白质的生物学功能、阐明不同采收期长紫菜品质差异分子机制,本文以不同采收期长紫菜为研究对象,进行了以下研究:(1)对不同采收期长紫菜和坛紫菜的营养指标进行系统比较分析,并对其品质进行评价;(2)以长紫菜组织作为研究对象,利用RNA-seq技术进行转录本测序和数据分析;(3)采用label-free蛋白质定性技术研究不同采收期长紫菜主要蛋白质相关品质变化的分子机制,并采用bottom-up蛋白质组学策略,通过表达量差异蛋白质高通量筛选与鉴别,从分子水平阐述不同采收期紫菜品质变化机制。获得主要研究结果如下:1、不同采收期长紫菜与坛紫菜各种营养成分含量存在差异,五水长紫菜和五水坛紫菜的蛋白质含量在各个采收期中最高达到34.24%和36.79%,均可作为一种很好的食物蛋白源供人类食用。长紫菜和坛紫菜均检出17种氨基酸,含量丰富、种类齐全。其中一水坛紫菜氨基酸总量(258.02 mg·g–1)和五水长紫菜氨基酸总量(281.22 mg·g–1)在各采收期中达到最高,包括7种必需氨基酸,五水长紫菜(93.75mg·g–1)和五水坛紫菜(89.02 mg·g–1)在各采收期中达到最高。不同采收期的长紫菜共检出15种脂肪酸,坛紫菜中检出20种脂肪酸,均含有高比例的不饱和脂肪酸。长紫菜和坛紫菜中均检出11种无机元素,但不同采收期间无机元素含量差异较大。本研究结果可为我国紫菜品种推广及开发营养功能性长紫菜食品提供参考。2、以长紫菜组织作为研究对象,利用RNA-seq技术获得24653条Unigenes,序列平均长度677.1 bp,序列长度中位数(N50)967 bp,数据表明测序质量好、可信度高。使用COG、Nr、Pfam、Swiss-Prot、GO和KEGG数据库对长紫菜转录组Unigenes进行注释,分别对应有859、5810、9461、8238、4508和6781条Unigenes获得注释。其中,598条Unigenes在以上所有数据库中同时注释成功。KEGG分析结果显示,获得注释的6781条Unigenes,参与翻译的Unigenes数量最多,共有718条(10.58%)。该研究获得了长紫菜大量的转录组信息,为长紫菜育种、栽培及加工等方面的研究奠定了理论基础。3、采用label-free蛋白质定性技术共鉴定到2557个差异蛋白质。其中一水、三水和五水长紫菜分别鉴定到2449、2480和2429个蛋白质,随着长紫菜的生长,蛋白质种类处于先增后减的一个过程,总体上减少了20个蛋白质。GO注释统计,各组均是注释到cellular process、metabolic process、cell part,cell、binging和catalytic activity等6个功能的蛋白质较多。KEGG分析可知,不同采收期长紫菜的差异蛋白质主要体现在代谢和遗传信息处理两大类。五水长紫菜与一水长紫菜相比共鉴定出404个蛋白质有显著变化,其中上调200个,下调204个,此组鉴定到的差异蛋白质数目最多,其中已知功能的蛋白质有140个,包括66个特异性表达的蛋白质(一水长紫菜:30个,五水长紫菜:36个),其余74个为非特异性表达的蛋白质。长紫菜作为一种生长于潮间带的大型海藻,长期处在变化的环境中进行生长繁殖,因此可能具有较强的环境适应能力,导致五水长紫菜与一水长紫菜品质差异推测可能是光合作用相关蛋白质、物质代谢相关的蛋白质、应激相关的蛋白质及转录和翻译相关的蛋白质4种差异蛋白质共同作用的结果。
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