紫菜转录基因组学的研究进展..docx

紫菜转录基因组学的研究进展前言紫菜在分类学上隶属于原红藻纲(Protoflorideophyceae)或称红毛菜纲(Bangiophyceae)，红毛菜目(Bangiales)，红毛菜科(Bangiaceae)。目前，已经确认的物种有117个(）)，常见种类包括坛紫菜(Pyropia haitanensis)和条斑紫菜(Pyropia yezoensis)等(Sahoo et al., 2002; Blouin et al., 2011; Sutherland et al., 2011)。紫菜是一种非常重要的大型经济海藻，全世界紫菜的年净产值约13亿美元（表1）。现代分析技术研究显示，P. yezoensis蛋白质、紫菜多糖含量丰富，而脂肪含量相对很少，其中蛋白质含量高达干重的36%，是一种典型的低脂类营养保健食品(高淑清和单保恩, 2004; 童冠文, 2010)。同时紫菜中丰富的多糖经现代医学药理分析表明，具有降血糖、降血脂、抗病毒、调节免疫、消炎和抗衰老等多种药物功能(周慧萍和陈琼华, 1990; Yasuko et al., 1993; 肖美添等, 2003; 王长云和管华诗, 2000)。在我国两个主要的栽培品种是P. haitanensis和P. yezoensis，其中P. haitanensis为我国特有种，P. yezoensis每年的产量近7,000 t干重，而P. haitanensis则达到55,000 t，仅这两种紫菜每年的净产值就达2.6亿美元。P. yezoensis是日本和韩国的主要栽培品种，其年净产值分别达到8.4亿和 2.1亿美元。表1 紫菜年产量统计表(引自 Blouin et al., 2011)国家种类总产量（吨（干重）/年）总产值（国家）20002002200420062008日本P. yezoensis29,03632,05925,62029,83225,8858.41亿美元韩国P. yezoensis13,04821,00022,85521,75622,4242.09亿美元中国P. yezoensis3,5705,2245,4875,8686,9392.58亿美元P. haitanensis38,33452,41364,91970,87155,071总计83,988110,696118,811128,327110,31913.07亿美元紫菜的生活史由两个世代，即孢子体世代和配子体世代组成，属于异形世代交替，以P. yezoensis为例，其生活史如图1所示。紫菜基因组相对较小（如P. yezoensis仅有3条染色体，约2.6×108bp），种系发生时间短（1-3 个月），在实验室对生长发育进行可控调节，相对比较容易获得纯系，且紫菜原生质体的制备技术已经基本成熟(Sahoo et al., 2002; 汤晓荣等, 2006)；同时，由于作为潮间带藻类的紫菜，其生存环境中经受盐度、温度和辐射等环境因子的剧烈变化，使其具有较高的生物学抗逆特征；又因为紫菜具有重要的经济价值，使其成为分子生物学，遗传学和基因组学研究的理想模式物种(Sahoo et al., 2002)。图1 条斑紫菜生活史简图（引自 Sahoo et al., 2002）随着后基因组学时代的来临，相继出现了以转录组学、蛋白质组学、代谢组学等为代表的各种组学技术, 其中转录组学是率先发展起来以及应用最广泛的技术(Lockhart and Winzeler, 2000)。过去十几年中，转录组领域关于藻类的研究工作主要是利用微阵列(Microarray)、表达序列标签(Express sequence tags, ESTs)等技术来寻找藻类新基因或进行基因表达水平研究，这些研究中多以藻类在胁迫条件下的基因表达为主。同时，随着最新一代测序平台的发展以及市场化运作，以微卫星(Simple sequence repeats, SSR)技术为代表的新一代测序技术被应用到藻类研究中来。本文重点针对紫菜的转录组学研究进展进行综述，以了解目前紫菜作为模式生物，在转录基因组学方面取得的重要研究成果(Kitade et al., 2008)。2. 紫菜的表达序列标签(EST)研究藻类的表达序列标签(EST)研究工作一直是热点，也获得了较丰富的研究成果。其中对于紫菜的研究工作开展也较多，多数工作集中于紫菜cDNA 文库构建及获得了大量的EST 信息(Niwa and Aruga, 2003, 2006; Niwa et al., 2005,2008)，以下选取近年来典型的紫菜EST研究作介绍。为了揭示紫菜生活史的分子调节机制，Asamizu等人构建了P. yezoensis孢子体EST文库，获得了10,625条EST序列，并将获得的孢子体 ES