纤毛虫胞囊形成关键基因及其调控机理的研究

Encystment of protoza ciliate is a gene regulation process. The selecting expression of the related genes is molecullar mechanism of cellular morphologic structure changes during ciliate encystment. Based on our previous study, we plan to use ciliates such Pseudourostyla cristata which are easily induced encystment as investigating materials. The genes associating with encystment will be screened and indentified at large scale by using RNA-seq, RNAi, qRT-PCR,electron microscopy, fluorescence immunity， LC—MS／MS and bioinformatics. Among these genes, several key genes associating with encystment will be found. The exact role of these key genes in the encystment will be studied at multi angle. This study explores structure differentiation of ciliate resting cyst and the molecullar mechanism of the key genes participating in encystment at gene level, which provides important basic data for revealling mechanism of eukaryocyte resisting adversity, claryfing interaction relationship between eukaryocyte and environment.

原生动物纤毛虫形成包囊是一个受基因调控的过程，相应基因的选择性表达是导致细胞形态结构变化的分子机制。本研究在前期工作基础上，拟以冠突伪尾柱虫等易诱导形成包囊的纤毛虫为实验材料，应用RNA-seq技术、RNAi技术、实时荧光定量PCR技术、电镜技术、荧光免疫技术、LC—MS／MS和生物信息学技术，大规模筛选和鉴定纤毛虫胞囊形成相关的基因，从中分析筛选出几个胞囊形成关键基因，多角度研究这些关键基因调控机理。从基因层面探索纤毛虫休眠细胞结构分化及其关键基因参与包囊形成的的分子机理，为揭示真核细胞抵抗逆境的机制、阐明真核细胞与环境相互作用的关系提供重要的基础资料。

腹毛类纤毛虫为广域分布的重要原生动物，许多纤毛虫遇逆境形成包囊是其生存智慧，已成为重要研究内容，但其分子机理知之甚少。本研究以冠突伪尾柱虫和包囊游仆虫为材料，应用比较全转录组学、蛋白质组学、生物信息学等现代分子生物学技术多角度研究纤毛虫形成包囊的分子机理。主要结果有：1.揭示了包囊形成相关的mRNA表达谱及其调控机制，发现差异mRNA主要富集于翻译、核糖体、RNA结合、蛋白质降解、物质转运、代谢调节等。发现钙离子信号通路和AMPK信号通路对包囊形成有重要的诱导作用，FOXO信号通路和泛素介导的蛋白水解信号通路协同调控包囊形成。因此提出了调控冠突伪尾柱虫包囊形成的信号网络假说。2.揭示了包囊形成相关的蛋白质谱，发现130种与包囊形成相关的蛋白质并重点探讨了其中差异表达显著的19种蛋白质对包囊形成的促进作用。3. RNAi实验显示HSP70在包囊形成过程中发挥着重要的应激响应及调控作用，β-微管蛋白在包囊形成的形态学和细胞骨架变化中扮演一种重要的角色。4. 分离鉴定出42种包囊壁蛋白，其中已知和未知功能壁蛋白分别有26种和16种。已知功能壁蛋白不仅包括微管蛋白、肌动蛋白这样的细胞骨架蛋白，也包含如蛋白激酶、腺苷酸环化酶、阳离子通道家族蛋白等多种功能蛋白，提示包囊壁蛋白的功能远超越机械保护作用，很可能还涉及信号转导、物质运输等重要功能。5.首次揭示了包囊形成相关的miRNA表达谱及其调控机制，基于差异miRNA及其调控的靶基因和信号通路的潜在作用，提出了miRNA调控包囊形成的信号网络假说。6. 首次揭示了包囊形成相关的lncRNA表达谱和其共表达mRNAs，重点聚焦分析了 lncRNA DN12058, DN20924，DN30855及其共表达mRNA的功能，提示这三种lncRNA的作用为调节包囊形成所需的多种生理活性包括自噬、蛋白质降解、细胞内钙离子浓度以及增值抑制。本研究为揭示纤毛虫包囊形成的调控机制和真核细胞抵抗逆境及休眠的分子机理提供了重要资料。依托该项目，已发表6篇SCI文章，培养研究生4名。