微藻脂肪酸去饱和酶基因的比较基因组学分析及重要基因功能的验证

论文摘要

不饱和脂肪酸是机体生物膜的重要组成成分,对生物膜结构、机能、相转变、通透性的调节及相关过程的调控有重要作用。并且,它参与细胞生物化学反应、转运过程和细胞应激反应,影响脂肪代谢、寻靶作用、免疫反应、耐寒、抗氧化等生理过程。此外,不饱和脂肪酸还是哺乳动物体内生成前列腺素、凝血哑烷和白三烯等激素的前体,具有提高人体免疫力、预防心血管疾病和癌症等重要的生理功能。本文对微藻中脂肪酸去饱和酶基因进行了比较基因组学分析;分离并验证了模式绿藻莱茵衣藻中Δ12去饱和酶基因的功能;克隆了南极小球藻NJ-7不饱和脂肪酸合成途径中的内质网型Δ12、Δ15去饱和酶基因和叶绿体型Δ12基因,并对内质网型Δ12基因的功能进行了研究。1、对已测序的37株蓝藻的脂肪酸去饱和酶基因进行比较基因组学分析,发现,丝状或固氮蓝藻中具有的脂肪酸去饱和酶的种类一般多于单细胞蓝藻;海洋来源的聚球藻和原绿球藻的酰基-脂去饱和途径明显不同于其他来源的蓝藻,这两属的蓝藻与其他蓝藻可能具有不同的系统发育史;与嗜温蓝藻相比,三个嗜热蓝藻藻株,Thermosynechococcus elongatus BP-1, Synechococcus sp.JA-2-3B’a（2-13）,sp.JA-3-3Ab只含有Δ9去饱和酶基因,这可能与它们的生长环境（温泉）有关。2、对已测序的7株真核微藻的脂肪酸去饱和酶基因进行比较基因组学分析,发现,真核微藻不饱和脂肪酸合成途径具有多样性。绿藻衣藻和团藻,O. tauri和O. lucimarinus,硅藻三角褐指藻和伪矮海链藻中均存在两条不饱和脂肪酸合成途径,原核途径和真核途径。原核途径位于叶绿体,真核途径位于内质网,但合成的脂肪酸产物有所不同。原始红藻C. merolae只含有3个去饱和酶基因,2个Δ9基因和1个Δ12基因。不饱和脂肪酸合成缺失了一条原核途径,明显不同于其他蓝藻、绿藻、硅藻和高等植物,这可能是由于它们的特定的生长环境（酸性火山温泉）导致的。3、通过比较基因组学分析,从模式绿藻莱茵衣藻中发现了一个可能的内质网型Δ12去饱和酶基因（135825）,以酿酒酵母作为表达系统,验证了该基因的功能,为明确该模式藻的脂肪酸合成途径提供了依据。4、从南极小球藻NJ-7中克隆了参与不饱和脂肪酸合成途径的内质网型Δ12、Δ15去饱和酶基因和叶绿体型Δ12基因的部分cDNA序列,并利用RACE方法获得了内质网型Δ12基因的全长,以酿酒酵母作为表达系统,对该基因的功能进行了研究。本研究首次利用比较基因组学的方法分析了37株蓝藻和7株真核微藻中的不饱和脂肪酸合成途径,在此基础上研究了莱茵衣藻135825基因的功能。并从南极绿藻小球藻中克隆了参与不饱和脂肪酸合成途径的内质网型Δ12、Δ15去饱和酶基因和叶绿体型Δ12基因,为进一步研究温度调节去饱和酶表达的模式,明确微藻低温适应的分子机理奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 第一节 不饱和脂肪酸的功能及合成途径
• 1 脂肪酸的种类和命名
• 2 不饱和脂肪酸的功能
• 3 不饱和脂肪酸的生物合成途径及基因
• 第二节 脂肪酸去饱和酶研究进展
• 1 脂肪酸去饱和酶的种类和分布
• 2 脂肪酸去饱和酶的结构特点和活性中心
• 3 不饱和脂肪酸合成过程中关键去饱和酶的研究
• 第三节 微藻脂肪酸去饱和酶基因的克隆和表达调控
• 1 蓝藻脂肪酸去饱和酶的相关研究
• 2 真核微藻脂肪酸去饱和酶的相关研究
• 第四节 微藻的基因组学研究进展
• 1 蓝藻基因组研究概况
• 2 真核微藻基因组研究概况
• 第五节 本论文研究内容及意义
• 第二章 蓝藻脂肪酸去饱和酶的比较基因组学研究
• 1 材料与方法
• 2 结果与讨论
• 3 本章小结
• 第三章 真核微藻脂肪酸去饱和酶的比较基因组学研究
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 3 讨论
• 4 本章小结
• 第四章 莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）Δ12 脂肪酸去饱和酶基因的克隆及在酿酒酵母中的表达
• 第一节 莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）Δ12 脂肪酸去饱和酶基因的克隆及其酿酒酵母表达载体的构建
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 3 讨论
• 第二节 莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）CrFAD2 和CrFAD6 基因在酿酒酵母中的表达
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 3 讨论
• 4 本章小结
• 第五章 小球藻（Chlorella vulgaris）脂肪酸去饱和酶基因的克隆及在酿酒酵母中的表达
• 第一节 小球藻（Chlorella vulgaris）内质网型Δ12 脂肪酸去饱和酶基因的克隆及其酿酒酵母表达载体的构建
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 3 讨论
• 第二节 小球藻（Chlorella vulgaris）CvFAD2 基因在酿酒酵母中的表达
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 3 讨论
• 第三节 小球藻（Chlorella vulgaris）CvFAD6 和CvFAD3 基因部分序列的克隆
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 3 讨论
• 4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表及完成文章
• 致谢
• 附录