论文总字数：19439字

摘 要

目前为止，还没有出现能根本上解决太湖蓝藻水华的办法。本研究通过宏转录组学的分析方法对采集到的太湖蓝藻样本进行测序数据分析，目的在于找寻和蓝藻水华爆发有关的基因，为治理蓝藻爆发找寻可能的方向。关键的过程包括RNA的提取和处理、测序文库的构建以及对测序数据的分析。RNA和文库的质量保证了测序数据的有效性，增加分析结果的说服力。宏转录组的分析结果表明，在分类分析的结果里铜绿微囊藻在蓝藻爆发期的丰度最高，随着蓝藻爆发期的结束降低；在差异表达基因的分析结果里各时期样本间的差异表达基因数目皆很大，尤其是爆发结束期与前三个时期比较拥有大多数的差异表达基因；差异表达基因的代谢通路富集分析的结果里第四个时期与前三个时期相比差异表达基因富集到核糖体、氮素代谢的通路较多；氮素代谢通路的分析结果里发现了参与脱氮反应的基因，其在爆发结束期高度表达，在前期几乎不表达，对这些基因进行进一步研究可以确认它们和蓝藻爆发的关联并有望找寻到治理蓝藻水华的方法。

关键词：宏转录组，蓝藻水华，基因

Abstract

So far, there is no way to fundamentally solve the cyanobacterial bloom in Taihu Lake. In this study, sequencing data of the cyanobacterial samples were analyzed by metatranscriptome analysis methods. The purpose is to find genes related to the outbreak of blooms and find possible directions for solving cyanobacterial outbreaks. The main processes include the extraction and processing of RNA, constructing high-throughput sequencing libraries and analysing sequencing data. The qualitied RNA and library guarantee the validity of the sequencing data and increases the persuasiveness of the analysis results. Analysis of metatranscriptome shows microcystis aeruginosa is highly expressed at the outbreak of cyanobacteria and decreases with the end of the cyanobacteria outbreak. The number of differentially expressed genes between samples was large in each period. In the fourth period, compared with the first three periods, there were more pathways for differentially expressed genes enriched in ribosomes and nitrogen metabolism. The results of analysis of nitrogen metabolism pathways revealed genes involved in the denitrification reaction, which are highly expressed at the end of the outbreak and hardly expressed during the early period. Further studies of these genes can confirm their association with blue-green algae outbreaks and are expected to find ways to solve cyanobacterial bloom.

KEY WORDS: metatranscriptome，cyanobacterial，gene

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 太湖蓝藻 1

1.1.1 太湖状况与蓝藻 1

1.1.2 2007年太湖蓝藻事件 2

1.1.3 国内外的蓝藻治理技术 2

1.1.4 太湖蓝藻的治理和研究状况 3

1.2 宏转录组学 3

1.2.1 微生物的研究策略 4

1.2.2 宏转录组学 4

1.3 研究目的和研究内容 5

1.3.1 研究目的 5

1.3.2 研究内容 5

1.3.3 论文创新点 5

第二章 样本的采集和处理 6

2.1 样本的获取 6

2.2 RNA提取 6

2.2.1 2.2.1RNA提取 6

2.2.2 RNA质量检验 6

2.3 测序 6

2.3.1 测序技术与原理 6

2.3.2 rRNA的去除 6

2.3.3 文库构建与测序 7

第三章 太湖蓝藻的不同时期样本分析 8

3.1 宏转录组分析方案 8

3.2 测序质量评定结果 8

3.3 数据清洗和序列组装 11

3.3.1 数据清洗 11

3.3.2 序列组装 11

3.4 群落组成的差异分析 12

3.5 差异基因表达分析 13

3.5.1 表达量的计算 13

3.5.2 火山图和热图 13

3.6 差异表达基因的代谢通路富集分析 15

第四章 总结与展望 22

4.1 总结 22

4.2 展望 22

致谢 23

参考文献 24

绪论

太湖蓝藻

太湖状况与蓝藻

太湖流域涵盖众多的河流与湖泊，大大小小的河流交织形成了复杂的河网，湖泊棋布星罗，流域的人民依水而居，水给流域发展带来巨大福祉。其总面积3.6万平方千米，是我国的第三大淡水湖。太湖很早就成为了周边几座城市的主要饮用水来源,对流域的运输、旅游业、气候调节、农业、生态发展乃至经济社会的发展都具有无法忽视的巨大作用。通常，湖泊周围最重要的问题使防汛。纵观治理河流的历史篇章，先贤们挖掘渠道、修建河堤、疏导河流，奋战在治水的前线，为后人管理水域铺好了路。其中，林则徐、李卫、海瑞、范仲淹、陈尧佐等人都留下了他们的治水故事，超前的理念帮助后来者度过了一道道治水难关，他们的精神代代相传。2016年7月太湖流域发生了流域性特大级洪水，太湖水位一路攀升最终险些突破历史最高水位。但在太湖防总的统一指挥，科学调度，依法防控，流域各省市精诚协作下，流域性特大洪水被成功防御。可以看出，太湖的防洪防汛工作已经相当出色，但太湖仍然存在待解决的问题。

自二十世纪八十年代起，经济和工业都快速发展，人们生活水平提升的同时，对于环境的保护意识却没有增加，工业废水和生活排污得不到控制,太湖水污染日益严重,特别是2007年发生的蓝藻爆发,引发了大规模“湖泛”，造成了著名的“太湖5.29供水危机”，对人们的生活和经济造成了巨大影响^[1]。蓝藻成了这次著名污染事件的主要凶手。令人叹息的是，过去了这么多年，蓝藻仍是太湖的水健康的心腹大患。不仅仅是太湖，中国还有不少湖泊都遭受过蓝藻的覆盖。2016年，昆明的昆明湖就有大量蓝藻水华聚集在水面，随着风吹过散发出阵阵臭味。同在2016年，武汉的楚河也被一片绿色所笼罩，散发出来的味道影响了周围的居民。这些事件足够给人们带来警示，蓝藻水华值得被重点关注。

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