饮食调控动物和人类重要的生命过程如发育、繁殖和寿命。已经有报道表明化学成分明晰的CeMM饮食延缓秀丽线虫的生长发育并延长其寿命，但CeMM饮食是否调控其他线虫的生长发育和寿命，以及潜在的分子调控机制尚不清楚。本研究通过CRISPR基因编辑技术获得了slo-1与ace-4突变体，发现slo-1与ace-4基因突变均促进秀丽线虫在CeMM的生长发育，进一步RNA-seq对slo-1(lzq49)与ace-4(lzq46)突变体进行了转录组测序和分析，初步揭示了ace-4与slo-1基因突变体在CeMM饮食环境下的发育调控转录组特征。另外，我们发现CeMM饮食延缓潜在的海洋模式线虫Litoditis marina的生长发育但不延长其寿命，通过转录组分析，我们探究了秀丽线虫和海洋线虫在CeMM和OP50饮食环境下的全基因组转录特征，为深入了解饮食调控动物发育和寿命的分子机制提供了新认知。主要研究结果如下：

1. 在CeMM饮食条件下，我们发现秀丽线虫slo-1 与ace-4基因突变促进线虫在CeMM营养环境下的生长速率，进一步通过转录组分析，我们发现相较于野生型，slo-1与ace-4突变所导致的转录组变化特征既有相同之处，也有差异。相较于野生型，slo-1(lzq49)与ace-4(lzq46)突变体中，与免疫和防御相关的几类基因如pals-，clec-的表达显著上调，表明slo-1(lzq49)与ace-4(lzq46)突变体可能通过上调免疫和防御相关基因的表达以适应CeMM营养胁迫并表现为快速生长表型。通过GO富集分析，发现在CeMM饮食环境下，相较于野生型，slo-1突变体的abu/pgn-、 ptr-基因发生了显著下调。相较于野生型，ace-4突变体的abu/pgn-家族基因， ptr-家族基因同样也发生显著下调。另外，在slo-1(lzq49)与ace-4(lzq46)上调的差异基因中，62个基因是共有的，45个基因是ace-4(lzq46)中特有，106个基因是slo-1(lzq49)中特有的；在下调的差异基因中，399个基因是共有的，260个基因是ace-4(lzq46)中特有，81个基因是slo-1(lzq49)中特有的。

2. 课题组前期报道了CeMM饮食延缓秀丽线虫的发育并延长其寿命，本论文发现CeMM饮食延缓海洋线虫L. marina的生长发育，但不能延长其寿命。通过KEGG富集分析，我们发现在秀丽线虫中，许多FOXO DAF-16信号通路、溶酶体和外源物质P450解毒系统相关基因的表达在CeMM饮食环境下显著上调，这可能导致了秀丽线虫寿命的延长。值得注意的是，我们发现L. marina的溶酶体和外源物质P450解毒系统基因的表达显著下调，这可能是CeMM饮食不能延长L. marina的寿命原因之一。此外，秀丽线虫在CeMM饮食环境下RNA转录和蛋白质生成及相关过程基因明显受到抑制，这些基因不仅可能涉及秀丽线虫寿命的延长，还可能延缓其在CeMM上的发育，但是上述蛋白合成相关通路并未在L. marina得到富集。我们发现CeMM饮食可能通过抑制不饱和脂肪酸合成基因的表达延缓L. marina生长发育。

本研究为确定长寿和发育所需的关键基因提供新认知，进一步通过基因编辑和转基因过表达等技术和方法对本研究发现的调控生长发育与长寿的关键候选基因进行功能验证，将为深入解析海-陆近亲物种应答全球气候变化背景下的营养环境变化的分子机制提供新思路。

第1章 引言... 1

1.1 研究背景和意义... 1

1.2 饮食调控线虫生长发育的研究进展... 2

1.3 饮食调控线虫寿命的研究进展... 5

第2章 slo-1与ace-4调控秀丽线虫生长发育的转录组分析... 9

2.1 材料与方法... 9

2.1.1 品系获得以及培养... …9

2.1.2 线虫的同步化... …9

2.1.3 CeMM准备... ..10

2.1.4 CRISPR/Cas9介导的基因编辑... ..10

2.1.5 线虫CeMM实验... ..11

2.1.6 RNA-seq建库准备及RNA-seq分析... ..11

2.1.7 实时荧光定量PCR验证... ..12

2.2 实验结果... 13

2.2.1 slo-1与ace-4功能缺失促进秀丽线虫在CeMM上的生长发育... .13

2.2.2 秀丽线虫slo-1 与ace-4突变体在CeMM饮食环境下的转录组分析... ..15

2.2.3 slo-1突变体的转录组特征分析... ..28

2.2.4 ace-4突变体的转录组特征分析... ..31

2.2.5 实时荧光定量PCR验证... ..33

2.3 讨论... 34

2.3.1 ace-4 与slo-1突变促进线虫在CeMM饮食环境下的生长发育... ……………………………………………………………………..34

2.3.2 ace-4 与slo-1突变体可能通过上调免疫与防御通路基因的表达促进线虫生长发育... ..34

2.3.3 ace-4 与slo-1突变体可能通过调控未折叠蛋白反应通路基因促进线虫生长发育... ..35

2.3.4 ace-4 与slo-1突变体间转录组特征的异同... ..35

2.4 本章小结... 38

第3章 饮食调控秀丽线虫和海洋线虫发育和寿命的转录组分析... 40

3.1 材料方法... 40

3.1.1 品系的获得... ..40

3.1.2 海洋线虫的同步化... ..40

3.1.3 海洋线虫表型实验... ..41

3.1.4 15‰海盐的CeMM准备... ..41

3.1.5 RNA-seq建库准备及RNA-seq分析... ..41

3.1.6 daf-16靶基因的确定... ..42

3.1.7 实时定量PCR (qPCR)验证... ..42

3.2 结果... 43

3.2.1 CeMM饮食延缓L. marina的生长发育，但不延长其寿命... ..43

3.2.2 不同饮食环境下秀丽线虫和海洋线虫的转录组分析 ..44

3.2.3 C. elegans 和 L. marina的共同转录组特征... ..47

3.2.4 在CeMM饮食条件下秀丽线虫独特的转录组特征... ..51

3.2.5 在CeMM饮食条件下L. marina独特的转录组特征 ..55

3.2.6 实时荧光定量PCR（qPCR）验证... ..57

3.3 讨论... 58

3.3.1 CeMM延长秀丽线虫的寿命，但不能延长海洋线虫L. marina的寿命... ..59

3.3.2 CeMM饮食延迟秀丽线虫和海洋线虫的生长发育... ..64

3.4 本章小结... 66

第4章 结论与展望... 67

4.1 主要结论... 67

4.2 不足与展望... 68

参考文献... 69

致 谢... 82

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 84