基于转录组学的海月水母横裂生殖分子机制研究

水母暴发已成为全球近海生态系统所面临的共同挑战，横裂生殖是海月水母（钵水母纲）生活史转换的关键节点，是决定水母爆发的关键过程。该过程分子机制的阐明对发育生物学、进化生物学有着重要意义，更可为水母爆发控制提供重要生物学背景。由于现有模式生物与钵水母亲缘关系较远，钵水母重要生理过程的分子机制研究困难重重。转录谱比较为非模式生物发育关键过程研究提供了有效手段。本项目以前期获得海月水母EST库为基础，使用Solexa高通量测序技术测定海月水母横裂体的转录组（RNA-seq），比较横裂生殖前后不同时期、不同部位海月水母幼体mRNA表达谱差异（DGE），进而筛选调控海月水母横裂生殖的关键通路和重要基因。应用原位杂交、实时定量PCR、抗体阻断等手段研究横裂生殖过程中关键基因的表达时序和潜在功能，探讨影响横裂生殖关键过程的分子机制，明确关键分子通路对环境因子扰动的响应过程，为水母暴发控制提供理论支持。

水母暴发已成为全球近海生态系统所面临的共同挑战，横裂生殖是海月水母（钵水母纲）生活史转换的关键节点，是决定水母爆发的关键过程。本研究通过454和illumina高通量测序构建了海月水母横裂生殖前后早期生活史不同阶段的转录组文库，通过比较各发育阶段基因表达模式差异（DGE、RealTime PCR），探讨海月水母启动和调控的分子机制。结果如下：为了获得完整的海月水母EST文库，使用454平台和illumina平台开展转录组测序，测序量分别为2.1M和124M，拼接获得Unigene 62145条，其中16116个Unigene可以找到同源基因，多数对应到海洋无脊椎生物，该数据库是目前最为完整的海月水母EST文库，为海月水母发育调控、环境适应性研究提供重要基础。比较海月水母水螅体、横裂体和碟状体的差异表达基因，近半数基因在不同生活史阶段差异表达。在横裂生殖诱导、发生过程中，多个结构蛋白表达显著上调，与横裂生殖溢痕生成有关，该过程需要胞外基质蛋白协调。横裂生殖受视黄酸通路、BMP通路、钙调蛋白介导的信号通路调控，甲基化在该过程中具有重要作用，AureStrolin和吲哚乙酸衍生物是重要的调控分子。基于DGE和RealTime PCR研究横裂生殖诱导过程机制结果确认，AureStrolin随着橫裂诱导时间的延长表达量增加，可能是诱导横裂生殖的调控手段，视黄酸通路通过G蛋白偶联信号转导通路改变基因表达模式，诱导海月水母肌肉组织等定向分化，发生一系列表达模式转换，从而发生变态发育。结果还支持甲基化应在横裂生殖发生和维持中发挥作用，上述分子的调控作用得到了体外药物刺激实验的验证。由于和橫裂密切相关的视黄酸受体、AureStrolin等表达量随着橫裂诱导时间逐步累积，结果支持横裂生殖应采用类似有效积温而非简单地对物理刺激的响应，为此开展了不同温度不同诱导时间对横裂生殖影响的实验，结果表明适宜横裂的温度范围持续时间达到水螅体的响应时间阈值, 才能够完成从底栖阶段的水螅体到浮游阶段水母体的转化，结果表明有效积温达到阈值是横路生殖发生的必要条件，结合之前基因表达结果的研究，AureStrolin达到一定浓度后，横裂生殖方能启动。