海洋线虫广盐适应中关键基因的筛选和鉴定

Marine nematode plays an important role in the marine benthic ecosystem. However, there is no report on the adaptation and response mechanism of marine nematode to the changing marine environment at the molecular level. At present, the applicant have already obtained an inbred pure line by successive sibling matings at each generation, and found that the marine nematode has extensive adaptability to salinity, not only can live in the normal sea water condition (salinity 30‰), but also can be well adapted to low salinity (3‰). However, the regulation mechanism is not clear. Keeping the balance of salt and water in organisms is the basic requirement of growth and development. In this project, we will set a high salt and a low salt conditions, with normal sea water salinity as control. By RNAseq and comparative proteomics analysis, we aim to construct the molecular regulatory network related to wide salinity adaptability of marine nematode, find key genes that respond to different salinity conditions, and finally validate their functions by CRISPR/Cas9 gene knockout. The expected results will enrich the knowledge of marine nematode survival and evolution, and provide fundamental support for further understanding the interaction between marine nematode and the changing marine environment.

海洋线虫在海洋底栖生态系统中发挥着重要的作用。然而，在分子水平上探讨海洋线虫对变化的海洋环境的适应和响应机制尚无报道。申请人采用连续全同胞兄妹交配的方式已经获得了海洋线虫的纯化品系，并在前期研究中发现海洋线虫具有广泛的盐度适应性，不仅可以生活在正常的海水盐度条件下（盐度30‰），而且也可以很好地适应土壤线虫生长的低盐条件（3‰），但其中的调节机制尚不清楚。保持生物体内的盐分和水分的平衡是生物生长发育的基本要求，本项目拟立足前期研究基础，通过设置高盐、低盐培养条件，以正常海水盐度为对照，进行转录组测序和差异蛋白质组分析，挖掘海洋线虫广盐度适应性相关的分子调控网络，寻找应答不同盐度条件的关键基因，进一步通过CRISPR/Cas9基因敲除的方法验证其功能。预期研究成果将提升对海洋线虫生存和演化的认知，为深入理解海洋环境与海洋线虫之间的相互关系奠定基础。

海洋线虫在海洋底栖生态系统中发挥着重要的作用，然而在分子水平上探讨海洋线虫对变化的海洋环境的响应和适应机制尚无相关报道。海洋线虫Litoditis marina在全球范围内分布广泛，是一种常见的潮间带小型无脊椎动物，具有典型的广盐性特征。为了能更全面、深入地理解海洋线虫广盐适应相关的分子调控机制，进一步筛选与广盐适应相关的关键基因，本项目利用海洋线虫L. marina的广盐耐受和广盐适应的特性，一方面，在短时尺度上探明了海洋线虫响应不同盐度胁迫的分子特征；另一方面，在长时尺度上解析了适应不同盐度环境的海洋线虫的分子本底差异。整合两方面的研究结果，我们进一步揭示了参与盐度响应和广盐适应的共同调控分子，包括：渗透调节有机溶质积累相关基因，甲状腺素转运蛋白样家族基因，V-ATP酶基因，钾离子通道基因，以及多种代谢调控相关基因等；筛选到与海洋线虫的低盐适应相关的分子，包括：海藻糖合成相关的tps-2基因，以及在功能上与细胞体积调控相关的基因，如肌动蛋白相关的骨架蛋白调控基因、Rho家族小GTP酶基因，以及多个离子通道基因等；而参与甘油生物合成的gpdh-1和gpdh-2基因则与海洋线虫的高盐适应相关。当今，气候变化已经在加速海平面的上升，这将导致海洋盐度的下降，并加剧沿海地区的盐碱化；因此，更多的物种将面临生境盐度变化的威胁。本项目的研究结果不仅能为生物的渗透压调控及广盐适应机制提供实验和理论支持，还将为当前气候变化形势下的生态系统保护和管理提供参考。