实验海洋生物学重点实验室知识库

裙带菜是亚洲国家常见的大型食用褐藻。在我国，裙带菜作为出口导向型产
品在辽东半岛和山东半岛广泛种植 辽宁省是我国裙带菜生产第一大省，年产裙
带菜 占 我国 裙带菜 总产量的 70% 以上 。 开展裙带菜养殖与品种培育方面的研究，
探究 2019 年辽宁地区裙带菜养殖虫害暴发的原因、 了解 主流裙带菜养殖品系的
形态学和遗传学特点 、 开展 裙带菜 不同形态 孢子叶 碳代谢相关的联合组学研究
对指导品种培育、 解决 虫害 问题具有重要意义。论文分为三部分，内容如下：
1.
大连裙带菜虫害生物调查及其系统发育分析。 2019 年 10 月下旬，辽宁省
大连市裙带菜遭受大面积虫害，受灾面积不少于 15.36 hm 2 。本研究通过现场调
查和形态学鉴定，确定了虫害是因丹氏麦杆虫为代表的麦杆虫属动物暴发生长导
致。本研究讨论了气候变暖和漂浮铜藻在此次虫害暴发中起到的作用，并首次对
我国同一海区采集到的不同麦杆虫属物种的形态学特征做出描述。生产上建议将
碳酸氢铵制作 成 传统 挂袋肥 并 悬挂在养殖筏架上 达到防除的目的 。序列分析显
示： 丹氏麦杆虫 COI 基因片段长度为 479 bp AT 含量为 63%63%，转换 颠换偏倚率
R 值为 1.130 ，序列未发生缺失或插入现象；种间遗传距离平均值为 0.231 (0.210
0.279)0.279)，种内遗传距 离 平均值为 0.014 (0 0.030) 适用于麦杆虫属的物种识别，
并为开发麦杆虫属 DNA 条形码奠定了基础。 基于 BI法构建的系统发生树拓扑
结构显示，本研究采集的丹氏麦杆虫样品很好地聚为一支，且与其他种的种间遗
传距离在 0.200以上，大于种内距离 16倍以上。
2
典型 裙带菜养殖区主流养殖品系的形态学和遗 传学研究。 这些品系具有
不同的收获类型 早熟、晚熟等 ))，合理搭配养殖可以使收获和加工时期多样化。
裙带菜总产量分别与柄宽、 孢子叶 鲜重 呈线性 正相关。利用 10 对 中性微卫星标
记 对 主要栽培 品系间的亲缘关系 进行 分析 ：基于 遗传距离和贝叶斯模型的分析 结
果显示 C1 、 C2 和传统品种 HB1 、 HB2 之间存在遗传分化； C3 在主要栽培 品
系 中表现出最高的遗传变异 程度，共检测到 3 个 私有 等位基因，平均期望杂合度
为 0.817 。不同 品系 间 遗传差异显著， 说明连续的人工选育 方法 对裙带菜品种培
育 是有效的。 10 对中性微卫星位点无法将 孢子叶 形态与遗传结构进行有效关联 。
经济海藻裙带菜品种培育和养殖相关问题的研究
II
3
3.. 利用联合组学研究利用联合组学研究不同形态裙带菜不同形态裙带菜孢子叶孢子叶中碳代谢的调控中碳代谢的调控机制机制。。对裙带对裙带菜中碳代谢通路进行了菜中碳代谢通路进行了构建和描述构建和描述，包括甘露醇、藻酸盐、海藻糖和岩藻多糖代，包括甘露醇、藻酸盐、海藻糖和岩藻多糖代谢途径。谢途径。研究研究了了甘露糖甘露糖、、甘露醇甘露醇、、海藻糖、海藻糖、鼠李糖鼠李糖、葡萄糖、葡萄糖等在不同样品中的表等在不同样品中的表达情况达情况，对岩藻糖含量进行了定量检测，对岩藻糖含量进行了定量检测。。发现发现MYBMYB、、bHLHbHLH是潜在的具有调节是潜在的具有调节裙带菜碳代谢功能的转录因子裙带菜碳代谢功能的转录因子家族家族。通过。通过WGCNAWGCNA筛选到碳代谢调控的关键筛选到碳代谢调控的关键基基因：因：GMDGMD--33、、PMMPMM--11、、MC5EMC5E((--55，，--3131))基因可能在两个品系的藻酸盐代谢基因可能在两个品系的藻酸盐代谢调节调节中中起到关键作用；起到关键作用；STST--33基因可能在基因可能在SS型型孢子叶孢子叶成熟时期岩藻多糖合成中发挥重要成熟时期岩藻多糖合成中发挥重要作用；作用；M1PaseM1Pase、、M1PDHM1PDH--11基因是甘露醇合成调控中的关键调控基因，其代谢调基因是甘露醇合成调控中的关键调控基因，其代谢调控机制有待进一步研究；控机制有待进一步研究；TPS/TPPTPS/TPP--22和和TPS/TPPTPS/TPP--44在调控海藻糖代谢中起到的关在调控海藻糖代谢中起到的关键作用，键作用，TPS/TPPTPS/TPP--22基因是调控基因是调控SS型型孢子叶孢子叶海藻糖代谢的潜在关键基因。海藻糖代谢的潜在关键基因。
关键

专有名词说明
1
第
1章 引言 5
1.1 裙带菜的基本生物学特征概述 5
1.1.1 裙带菜的形态及分类 5
1.1.2 裙带菜生活史 6
1.2 裙带菜的养殖和育种 8
1.2.1 裙带菜的养殖 8
1.2.2 裙带菜育苗与育种 9
1.3 分子标记在遗传分析中的应用 10
1.3.1 常见的分子标记 10
1.3.2 基于分子标记的遗传学分析 10
1.3.3 微卫星在裙带菜遗传结构分析中的应用 12
1.4 褐藻组学研究进展 13
1.4.1 褐藻基因组学 13
1.4.2 褐藻转录组学 13
1.4.3 褐藻代谢组学 14 1.4.4 褐藻中的碳代谢 15
1.5 裙带菜养殖的新挑战与应对 18
1.5.1 虫害 ——裙带菜养殖的新挑战 18
1.5.2 应对 ——虫害的调查与新品种培育 19
第
2章 辽宁大连裙带菜虫害生物调查及其系统发育分析 21
2.1 研究背景 21
2.2 材料与方法 21
2.2.1 调查地点及受灾概况 21
2.2.2 调查方法 22
2.2.3 虫害生物基因组提取和 COI基因的扩增 22
2.2.4 测序数据处理与系统发育分析 23
2.3 结果 23
2.3.1 裙带菜苗种来源 23
经济海藻裙带菜品种培育和养殖相关问题的研究
II
2.3.2 现场调查结果现场调查结果 .................................................................................................................................................... 23
2.3.3 虫害生物种类及危害程度虫害生物种类及危害程度 ............................................................................................................ 24
2.3.4 麦杆虫属物种形态特征描述麦杆虫属物种形态特征描述 .................................................................................................... 26
2.3.5 COI基因序列分析基因序列分析 .................................................................................................................................... 27
2.3.6 种间和种内的遗传关种间和种内的遗传关系系 .................................................................................................................... 28
2.3.7 系统发育分析系统发育分析 .................................................................................................................................................... 29
2.4 讨论讨论 .......................................................................................................................................................................................................... 31
2.4.1 麦杆虫属基础生态学研究麦杆虫属基础生态学研究 ............................................................................................................ 31
2.4.2 导致虫害爆发的因素导致虫害爆发的因素 ............................................................................................................................ 33
2.4.3 麦杆虫的防除麦杆虫的防除 .................................................................................................................................................... 34
2.4.4 基于基于COI基因的麦杆虫系统发育分析基因的麦杆虫系统发育分析 .................................................................. 34
2.5 小结小结 .......................................................................................................................................................................................................... 36
第
第3章章 典型裙带菜养殖区主流养殖品系的形态学和遗传典型裙带菜养殖区主流养殖品系的形态学和遗传学分学分析析 .............................................................................................................................................................................................................................. 37
3.1 研究背景研究背景 .......................................................................................................................................................................................... 37
3.2 材料与方法材料与方法 .................................................................................................................................................................................. 39
3.2.1 孢子叶孢子叶样品采集样品采集 ............................................................................................................................................ 39
3.2.2 形态学测量形态学测量 ............................................................................................................................................................ 39
3.2.3 DNA提取和微卫星分型提取和微卫星分型 ................................................................................................................ 41
3.2.4 微卫星数据分析微卫星数据分析 ............................................................................................................................................ 43
3.2.5 统计学分析统计学分析 ............................................................................................................................................................ 44
3.3 结果结果 .......................................................................................................................................................................................................... 44
3.3.1 主要养殖品系的形态学分析主要养殖品系的形态学分析 .................................................................................................... 44
3.3.2 孢子叶孢子叶形态学分析形态学分析 .................................................................................................................................... 50
3.3.3 遗传多样性分析遗传多样性分析 ............................................................................................................................................ 51
3.3.4 遗传结构分析遗传结构分析 ........................................................................................................................................................ 52
3.4 讨论讨论 .......................................................................................................................................................................................................... 55
3.4.1 主要养殖品系的收获类型与形态学特点主要养殖品系的收获类型与形态学特点 ............................................................ 55
3.4.2 不同养殖群体遗传结构分析不同养殖群体遗传结构分析 .................................................................................................... 59
3.5 小结小结 .......................................................................................................................................................................................................... 61
目 录
III
第
第4章章 不同形态裙带菜不同形态裙带菜孢子叶孢子叶中碳代谢调控的联合组学分析中碳代谢调控的联合组学分析 ...................................................................................................................................................................................................................................... 63
4.1 研究背景研究背景 .......................................................................................................................................................................................... 63
4.2 材料与方法材料与方法 .................................................................................................................................................................................. 64
4.2.1 克隆培育和样品采集克隆培育和样品采集 ............................................................................................................................ 64 4.2.2 柱前衍生柱前衍生－－高效液相色谱法测定高效液相色谱法测定L-岩藻糖含量岩藻糖含量 .................................. 64
4.2.3 非靶向代谢产物的分析非靶向代谢产物的分析 .................................................................................................................... 66
4.2.4 转录组分析转录组分析 ............................................................................................................................................................ 68
4.2.5 统计学分析统计学分析 ............................................................................................................................................................ 69
4.3 结果结果 .......................................................................................................................................................................................................... 71
4.3.1 形态学测量结果形态学测量结果 ............................................................................................................................................ 71
4.3.2 L-岩藻糖含量测定结果岩藻糖含量测定结果 .................................................................................................................... 71
4.3.3 非靶向代谢物检测结果非靶向代谢物检测结果 .................................................................................................................... 72
4.3.4 转录组学分析转录组学分析 .................................................................................................................................................... 77 4.3.5 裙带菜中碳代谢相关通路的描述与转录裙带菜中碳代谢相关通路的描述与转录－－代谢联合分析代谢联合分析 .... 83
4.3.6 J28和和J56碳代谢调控关键基因的筛选碳代谢调控关键基因的筛选 .............................................................. 86
4.4 讨论讨论 .......................................................................................................................................................................................................... 93
4.4.1 不同形态不同形态孢子叶孢子叶的转录组、代谢组分析的转录组、代谢组分析 ............................................................ 93
4.4.2 WGCNA分析与转录因子调控研究分析与转录因子调控研究 .......................................................................... 93
4.4.3 藻酸盐代谢调控藻酸盐代谢调控 ............................................................................................................................................ 94
4.4.4 岩藻多糖代谢调控岩藻多糖代谢调控 .................................................................................................................................... 95
4.4.5 甘露醇代谢调控甘露醇代谢调控 ............................................................................................................................................ 95
4.4.6 海藻糖代谢海藻糖代谢 ............................................................................................................................................................ 97
4.4.7 蔗糖代谢蔗糖代谢 .................................................................................................................................................................... 97
4.5 小结小结 .......................................................................................................................................................................................................... 98
第
第5章章 结论与展望结论与展望 ............................................................................................................................................ 99
参考文献
参考文献 .................................................................................................................................................................................. 101
附录
附录 论文附表论文附表 ........................................................................................................................................................ 121
致
致 谢谢 .......................................................................................................................................................................................... 129
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 ........................ 133