低温胁迫下血红哈卡藻的细胞程序性死亡研究

Harmful algal blooms (HABs) have had serious impacts on ecosystem health, and threat to aquatic ecosystem and human health. Akashiwo sanguinea blooms have the characteristics of wide distribution and long duration, and severely damage the marine environment, but so far the process and mechanism of cell death at low-temperature is still unclear. This project aimed to acquire to explain the major scientific question, that is " What is the mechanism and significance of programmed cell death to Akashiwo sanguinea blooms at low-temperature?" Study cellular responses and programmed cell death (PCD) of Akashiwo sanguinea by the laboratorial physiological and ecological experiment, and determine the number of cysts, ROS and NO activity, caspases-like related proteins and genes expression and other parameters, and analyze the PCD signal molecule path and the relationship between caspases-like related proteins and genes with cell death and formation of cysts under low-temperature stress. And discuss the mechanism, main function and the ecological significance of PCD during the red tide. It will provide a new view to explain the demise of Akashiwo sanguinea blooms, and a scientific basis for HABs control, marine conservation and environmental management.

有害藻华(赤潮)已经产生严重的环境问题，威胁水生生态系统安全和人类健康。血红哈卡藻赤潮(Akashiwo sanguinea)分布广、持续时间长，严重威胁着海洋环境安全，但至今对其低温胁迫下赤潮的生消过程与机制尚不清楚。本项目针对“低温胁迫下血红哈卡藻细胞程序性死亡的机制、功能和意义是什么？”这一科学问题，拟通过实验室内生理生态实验，研究低温胁迫下血红哈卡藻的细胞响应和细胞程序性死亡(PCD)，测定其孢囊数量、ROS和NO活性、caspases-like相关基因和蛋白表达等参数，分析低温胁迫下该藻PCD信号通路及caspases-like相关蛋白和基因与细胞死亡、孢囊形成的关系。探讨PCD的调控机制和主要功能，以期阐明其在赤潮消亡过程中的作用和意义，为解释血红哈卡藻赤潮消亡过程提供新的视角，为海域赤潮控制和治理，海洋保护及环境管理提供科学依据。

近年来厦门海域几乎每年都发生血红哈卡藻赤潮，甚至温度较低的冬季也能发生，其赤潮持续时间长，严重威胁着海洋环境安全和人类健康。本项目通过实验室内生理生态实验，观测血红哈卡藻低温条件下细胞丰度、生长率、光合系统Ⅱ最大光化学量子产量（Fv/Fm）、死亡比率、活性氧（ROS）产量和具有ROS活性的细胞比例、有caspases-like活性细胞所占比例等参数，并与东海原甲藻进行对照。结果表明：1、活性氧ROS是血红哈卡藻低温条件的PCD信号分子传递信号激活caspases-like蛋白活性进而诱导细胞程序性死亡，而NO并不能作为低温条件下血红哈卡藻PCD的信号传递分子。2、caspases-like蛋白在血红哈卡藻中不仅执行PCD的功能，还具有协助血红哈卡藻适应并存活于低温不利条件的功能。而caspases-like相关蛋白在东海原甲藻中仅与其死亡相关，并没有参与其适应低温的过程。因此，血红哈卡藻比东海原甲藻更能适应低温条件。基本解释了“低温胁迫下血红哈卡藻细胞程序性死亡的机制、功能和意义是什么？”这一科学问题。为解释为什么厦门海域冬季也能产生血红哈卡藻赤潮提供实验基础，为解释血红哈卡藻赤潮消亡过程提供新的视角。. 在项目执行期间，发表了高水平学术论文5篇，其中SCI收录2篇，还有部分结果还在整理和投稿中。培养了硕士研究生1名，本科生3名，形成3篇本科毕业论文。项目投入直接经费230000元，项目直接费用累计支出144198元，各项支出与预算相符，未进行调整，剩余经费计划用于本项目研究的后续支出。