单细胞微藻在刺胞动物体内共生是一种特殊的生物学现象，内在原因是刺胞动物主要营养来自共生藻传递来的光合作用产物。无环境压力时，宿主与共生藻之间在各方面达到一种微妙的平衡，确保共生藻在能够给宿主提供足够营养的前提下不能过度干扰宿主细胞的生命活动、更不能危害宿主细胞。但在一些环境压力下，共生藻的角色可能由“有益(为宿主提供营养)”转变为“有害”，这时宿主细胞势必启动相应机制清除部分或全部共生藻。刺胞动物本身无色素，其体表呈现共生藻光合色素的颜色，环境压力下刺胞动物体内共生藻数量减少或者消失导致体表颜色变浅，这种现象就是刺胞动物-微藻共生体白化现象。尚若环境压力持续存在，宿主一直持续白化状态、最终会因饥饿而死亡。全球气候变化(全球变暖导致的水温升高及大气臭氧层的破坏导致的太阳光辐射强度的增加)被认为是刺胞动物-微藻共生体白化现象发生的主要诱因，但到目前为止热胁迫(水温升高)和强光胁迫(光辐射增强)破坏刺胞动物-微藻间共生关系稳定性的机制尚未明了。
　　基于此，为进一步探讨环境压力导致刺胞动物-微藻共生体发生白化现象的细胞及分子机理，本研究选择一种在实验室能大量克隆培养的典型刺胞动物-微藻共生体——中国绿水螅(Hydra sinensis)作为实验材料，筛选出了一个短期内(一个月内)能诱导中国绿水螅出现明显白化现象的温度和光辐射强度组合胁迫条件(温度33℃及光辐射强度6000Lux)。进一步以本研究组平时进行中国绿水螅无性繁殖和培育的温和培养条件(温度25℃及光辐射强度2000Lux)为对照，对强光单因子胁迫(温度25℃及光辐射强度6000Lux)、热单因子胁迫(温度33℃及光辐射强度2000Lux)及热-强光双因子联合胁迫(温度33℃及光辐射强度6000Lux)分别诱导绿水螅白化现象发生的进程中体内共生藻数量动态、抗氧化水平及转录组进行了比较研究。主要研究结果如下：
　　1.采用水螅体内共生藻数量及叶绿素含量动态指标监测中国绿水螅白化的程度
　　为更客观地对热胁迫及强光胁迫诱发中国绿水螅白化现象发生的效果进行观察，本研究对胁迫进程中绿水螅内胚层皮肌细胞中共生藻的数量动态及其叶绿素含量进行了统计和分析。结果表明，温和培养条件组(对照组)在整个进程中单个内胚层皮肌细胞内共生藻数量较为稳定，热-强光双因子联合胁迫组内胚层皮肌细胞内共生藻数量下降幅度最为明显。而与热单因子胁迫组相比，强光单因子胁迫组仅在胁迫起始(第3d)内胚层皮肌细胞内共生藻数量下降幅度稍大，后面其余时段内胚层皮肌细胞内共生藻数量下降幅度均明显低于热单因子胁迫组。另外，各实验组叶绿素含量在胁迫进程中动态变化规律类似于内胚层皮肌细胞内共生藻数量变化规律。
　　2.中国绿水螅在强光单因子胁迫、热单因子胁迫及热-强光双因子联合胁迫诱导的白化进程中活性氧及抗氧化水平的动态分析
　　中国绿水螅分别在热单因子胁迫、强光单因子胁迫及热-强光双因子联合胁迫处理后体内超氧阴离子自由基含量(活性氧主要指标)及丙二醛(活性氧降解生物膜中多不饱和脂肪酸形成丙二醛，丙二醛含量可以间接地反映活性氧的水平)含量都呈现明显上升趋势，但同一胁迫下其丙二醛含量的响应与超氧阴离子自由基含量的响应相比均滞后，这可能与细胞内活性氧产生的细胞过程在先、活性氧作用于生物膜相关的多不饱和脂肪酸形成丙二醛的细胞过程在后有关。
　　本研究还对中国绿水螅分别在热单因子胁迫、强光单因子胁迫及热-强光双因子联合胁迫诱导下白化现象发生进程中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)及过氧化物酶(POD)三种抗氧化酶的表达动态进行了测定，结果表明这3种抗氧化酶对这些胁迫都有显著的响应。无论是基于超氧阴离子自由基含量及丙二醛含量，还是分别基于SOD、CAT及POD三种抗氧化酶的表达，中国绿水螅对强光单因子胁迫的响应要早于对热单因子胁迫的响应，这个现象的原因值得深入探讨，可能暗示中国绿水螅抗氧化系统对来自热胁迫及强光胁迫诱导的活性氧水平上升的响应机制可能存在差异。
　　3.中国绿水螅对强光单因子胁迫、热单因子胁迫及热-强光双因子联合胁迫分子响应的转录组分析
　　转录组实验共得到42.86GbCleanData，序列拼接后获得311,146条Transcript，组装出108,237条Unigene。结果表明强光单因子胁迫组与温和培养条件组间共有377个差异表达基因，其中表达上调的128个，表达下调的249个。KEGG富集分析结果表明，这377个差异表达基因共映射到98个代谢通路，其中包括3个与免疫系统(immune system)相关的通路(2个差异表达基因涉及这些通路)及16个与营养代谢(nutrition metabolism)相关的通路(11个差异表达基因涉及这些通路)。按富集显著性排序，在98个代谢通路中的前30位中包含0个与免疫系统相关的通路及9个与营养代谢相关的通路。
　　热单因子胁迫组与温和培养条件组间共有2519个差异表达基因，其中表达上调的1205个，表达下调的1314个。KEGG富集分析结果表明，这2519个差异表达基因共映射到260个代谢通路，其中包括19个与免疫系统相关的通路(43个差异表达基因涉及这些通路)及53个与营养代谢相关的通路(109个差异表达基因涉及这些通路)。按富集显著性排序，在260个代谢通路中的前30位中包含1个与免疫系统相关的通路(Antigenprocessingandpresentation通路排名第1位)及3个与营养代谢相关的通路。
　　热-强光双因子联合胁迫组与温和培养条件组间总共有3401个差异表达基因，其中表达上调的2123个，表达下调的1278个。KEGG富集分析结果表明，这3401个差异表达基因共映射到276个代谢通路，其中包括17个与免疫系统相关的通路(52个差异表达基因涉及这些通路)及65个与营养代谢相关的通路(119个差异表达基因涉及这些通路)。按富集显著性排序，在276个代谢通路中的前30位中包含2个与免疫系统相关的通路(Antigenprocessingandpresentation通路排名第1位，FcgammaR-mediatedphagocytosis通路排名第20位)及3个与营养代谢相关的通路。
　　4.中国绿水螅对强光单因子胁迫、热单因子胁迫及热-强光双因子联合胁迫分子响应的生物学意义
　　(1)揭示了热胁迫及强光胁迫联合处理对中国绿水螅的协同效应：到胁迫实验的中、后期时，热-强光双因子联合胁迫组内胚层皮肌细胞内共生藻数量及叶绿素含量下降幅度最为明显，两个指标的下降程度远高于热单因子胁迫组及强光单因子胁迫组。这个现象说明热胁迫及强光胁迫联合处理对中国绿水螅具有显著的协同效应。而本研究同步开展的比较转录组实验结果显示，热-强光双因子联合胁迫组与温和培养条件组间差异表达基因数量(3401个)远大于强光单因子胁迫组与温和培养条件组间(377个)及热单因子胁迫组与温和培养条件组间(2519个)差异表达基因数量，这个结果在分子层面反映了热胁迫及强光胁迫联合处理对绿水螅的协同效应。
　　(2)提示热胁迫及强光胁迫分别对中国绿水螅宿主与共生藻共生关系稳定性影响机制可能存在差异：本研究转录组展现了中国绿水螅在强光单因子胁迫下其共生藻光合作用水平急剧提升后(相应地从共生藻传递给水螅细胞的光合作用产物也大量增加)营养代谢活动在其整个细胞活动中占比较高，而在热单因子胁迫及热-强光双因子联合胁迫下中国绿水螅的主要细胞活动已不是与光合作用相关的营养代谢，说明细胞活动已产生了深层次的改变。这些结果暗示热胁迫及强光胁迫分别对中国绿水螅宿主与共生藻间共生关系稳定性的影响机制可能存在差异，值得深入研究。
　　(3)在一定程度上证实了环境因子胁迫下中国绿水螅可能提升自身免疫水平以清除体内的共生藻：本研究用水螅内胚层皮肌细胞中共生藻数量或水螅叶绿素含量指标检测这些胁迫影响绿水螅白化进程的观察结果发现，与强光单因子胁迫相比较，热单因子胁迫对中国绿水螅宿主与共生藻间共生关系的影响程度更大。而本研究开展的转录组实验结果表明，与在强光单因子胁迫的绿水螅相比，在热单因子胁迫或热-强光双因子联合胁迫下绿水螅免疫系统活动水平显著提升、水螅得以清除体内共生藻。这些结果在一定程度上反证了中国绿水螅在无环境压力下宿主细胞为了利用共生藻的光合作用产物可能降低自己对共生藻的免疫力、从而“包容”作为外来异物的共生藻在其细胞质驻留。而在一定环境压力下，共生藻的角色可能从“有益”转变为“有害”，宿主启动一定机制提升自己的免疫力用于清除自己体内共生藻。