杜氏盐藻耐盐渗透调节与Ca~（2+）介导的渗透信号传导

杜氏盐藻是杜氏藻中的一种,它能够在大约0.05mol/L到饱和(5.5mol/L左右)NaCl浓度的广泛盐度范围内生长。甘油是杜氏盐藻在不同的盐度环境中生存的重要渗透物质,甘油的合成牵涉到两种特殊的酶,NAD~+为辅酶的3-磷酸甘油脱氢酶(G3PDH)和3-磷酸甘油磷酸酶(G3PP),而相反的途径甘油的异化牵涉到NADPH为辅酶的二羟基丙酮还原酶(DHAR)和一种二羟基丙酮激酶(DHAK)。

Ca~(2+)是细胞内普遍存在的第二信使,在由细胞表面的环境刺激而引起的渗透信号的传导过程中起作用。本论文中,为了研究盐胁迫下杜氏盐藻的渗透响应过程,本人检测了杜氏盐藻在不同盐胁迫条件下细胞生长、细胞形态、胞内甘油含量和甘油代谢途径中4种酶活性的变化情况。使用同工酶电泳技术鉴定不同盐度下NAD~+为辅酶的G3PDH的同工酶活性,并从盐藻中克隆出一种全长为2100bp的以NAD~+为辅酶的G3PDH的cDNA序列,使用实时定量PCR技术检测盐度变化对该基因表达的影响。

另外,使用激光共聚焦扫描显微镜和药理学方法检测Ca~(2+)通道阻滞剂对盐藻细胞质中Ca~(2+)浓度水平的影响和Ca~(2+)在低渗、高渗胁迫下盐藻细胞内甘油代谢和G3PDH活性调控过程中的作用。

实验结果显示杜氏盐藻的最适生长盐度为2.0mol/LNaCl,在不同盐度长期培养下杜氏盐藻细胞形态和体积变化较小,但当盐度突然改变时,细胞形态和体积发生显著变化,除高盐胁迫之外这些细胞形态和体积的显著变化会在2小时后基本恢复。并且,当盐度从2.0mol/LNaCl快速升高到4.0-5.0mol/LNaCl时,在盐藻细胞表面发现一些脂质小泡出现。

当盐藻在不同盐度下长期培养时,单细胞甘油含量的积累随盐度增加而升高,并且盐藻还能够快速降低或升高细胞甘油含量来适应低渗或高渗胁迫。甘油的代谢途径中,实验中4种酶都受长期高盐胁迫的刺激,但在低渗和高渗胁迫下,只有G3PDH的活性与盐度显著相关。同工酶电泳检测中,G3PDH和SOD这两类同工酶可以同时检测出来。

值得注意的是,第一次鉴定出杜氏盐藻中五种G3PDH的同工酶,这些同工酶分别在不同的盐度下起作用。不同盐度长期培养下盐藻中一种G3PDH的基因表达水平与培养盐度显著负相关,但低渗或高渗胁迫处理2小时后该基因表达水平却与处理盐度没有显著性关系。

另外,当胞外盐度突然降低或升高时盐藻胞内Ca~(2+)浓度会迅速升高,但使用三种Ca~(2+)通道阻滞剂预处理能够抑制Ca~(2+)的升高,而阻滞剂维拉帕米(VP)可能也会抑制Ca~(2+)从细胞质中的排出。

使用Ca~(2+)通道阻滞剂对盐藻预处理也会抑制盐藻应对低渗或高渗胁迫时甘油含量和G3PDH活性的变化。因此,本论文的实验结果说明杜氏盐藻的渗透响应过程包括细胞形态、胞内甘油含量、甘油代谢相关酶活性和基因表达的变化在渗透调节中起重要作用使盐藻能够在多种盐度下生存。

此外,Ca~(2+)从胞外环境或胞内钙库流入细胞质是渗透信号传导调控盐藻渗透响应过程所需要的。

【关键词】：杜氏盐藻盐胁迫甘油3-磷酸甘油脱氢酶渗透信号传导

【学位授予单位】：华南理工大学

【学位级别】：博士