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镉和砷对许氏平鲉幼鱼毒性效应蛋白质组学和代谢组学研究
徐兰兰
Subtype博士
2020-05-21
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral烟台海岸带研究所
Degree Name博士学位
Keyword镉,砷,毒理效应,许氏平鲉,组学
Abstract近年来,随着近海地区经济的高速发展,我国近海工业带建立了众多金属冶炼、加工及电镀企业,大量富含金属的工业污水被排放至海洋中,造成近海痕量金属污染日益加剧。不同于有机污染物可被生物降解,痕量金属无法自然降解且易在环境中长期积累,从而对海洋生物及海洋生态系统产生潜在的危害。 本研究根据目前我国近海海域痕量金属污染现状,选择典型痕量金属镉(Cd)和砷(As(Ⅴ))为暴露污染物,以近海重要渔业生物许氏平鲉(Sebastes schlegelii)幼鱼为研究对象,利用基于核磁共振技术(NMR)的代谢组学和基于同位素标记相对和绝对定量技术(iTRAQ)的蛋白质组学作为研究手段,研究了Cd和As(Ⅴ)对许氏平鲉幼鱼的毒理效应机制。研究结果为痕量金属的环境风险评估提供一定的理论依据。研究结果如下: (1)Cd对许氏平鲉幼鱼毒理效应研究 许氏平鲉幼鱼经不同浓度Cd(5 μg/L和50 μg/L)暴露14天后,鱼体中Cd含量测定结果表明,许氏平鲉幼鱼组织中Cd的富集量随暴露浓度的升高而增加。与对照组相比,5 μg/L Cd暴露组鱼体Cd平均含量为对照组的2.75倍,但富集不显著(P > 0.05)。50 μg/L Cd暴露组鱼体Cd含量为对照组的9.5倍,达到极显著水平(P < 0.01)。利用基于NMR技术的代谢组学技术研究表明,Cd暴露后许氏平鲉幼鱼体内代谢产物,包括乳酸、磷酸胆碱、ATP、丙氨酸和肌苷含量发生显著变化。利用基于iTRAQ技术的蛋白质组学研究许氏平鲉幼鱼蛋白质的变化,共得到168个差异蛋白。与对照组相比,低浓度Cd暴露组筛选出91个差异蛋白,包括52个上调表达蛋白和39个下调表达蛋白;高浓度Cd暴露组鉴定出77个差异蛋白,包括32个上调表达蛋白和45个下调表达蛋白。对差异蛋白进行功能和通路分析发现,Cd暴露抑制了许氏平鲉幼鱼糖酵解和三羧酸循环,如抑制糖酵解关键酶如果糖二磷酸醛缩酶、甘油醛3-磷酸脱氢酶、延胡索酸酶和苹果酸酶的表达;促进了许氏平鲉幼鱼的氨基酸、蛋白质和脂质代谢;诱导了许氏平鲉幼鱼严重的免疫、氧化应激反应与神经毒性;干扰了许氏平鲉幼鱼细胞骨架的稳定性;影响了许氏平鲉幼鱼的基因表达和蛋白质转运。此外,蛋白互作网络构建初步挖掘过氧化物酶体双功能酶和甘油醛-3-磷酸脱氢酶可能分别为5 μg/L和50 μg/L Cd发挥毒性效应的关键蛋白。本研究表明,蛋白质组学和代谢组学方法可以相互验证,并且二者的结合分析有助于从分子水平探索海水中金属污染物对海洋鱼类的毒理机制。 (2)As(Ⅴ)对许氏平鲉幼鱼毒理效应研究 许氏平鲉幼鱼经不同浓度As(Ⅴ)(5 μg/L和50 μg/L)暴露14天后,鱼体内As含量测定结果表明,许氏平鲉幼鱼组织中总As富集量随暴露浓度的升高表现出增加趋势,因大多数海洋动物从海水中积累砷酸盐的能力较低,故增加幅度较小。与对照组相比,5 μg/L和50 μg/L As(Ⅴ)暴露组总As含量分别提高16.1%与19.5%,达到显著水平(P < 0.05)。与低浓度暴露组相比,高浓度暴露组总As含量比其高2.9%,富集不显著(P > 0.05)。利用基于NMR技术的代谢组学研究表明,As(Ⅴ)暴露后许氏平鲉幼鱼体内代谢产物,包括乳酸、丙氨酸、ATP、肌苷和磷酸胆碱等代谢物含量发生显著变化。利用基于iTRAQ技术的蛋白质组学研究许氏平鲉幼鱼蛋白质的变化,共得到163个差异蛋白。与对照组相比,低浓度组筛选出137个差异蛋白,包括83个上调表达的蛋白和54个下调表达的蛋白;高浓度组鉴定出39个差异蛋白,上调表达蛋白和下调表达蛋白数目分别是22和17。对差异蛋白进行功能和通路分析发现,As(Ⅴ)暴露对许氏平鲉幼鱼的影响表现在以下方面:As(Ⅴ)暴露抑制了许氏平鲉幼鱼糖酵解;促进了许氏平鲉幼鱼的脂质代谢,并干扰许氏平鲉幼鱼的蛋白质降解/合成;促进了许氏平鲉幼鱼氧化磷酸化活性,如细胞色素c氧化酶亚基4、NADH脱氢酶(泛醌)黄素蛋白2和细胞色素b-c1复合物亚基6显著上调表达;影响了许氏平鲉幼鱼细胞外基质相关的信号通路和Ca2+稳态等生理过程;影响了许氏平鲉幼鱼细胞骨架结构;影响了许氏平鲉幼鱼的基因表达和蛋白质转运;诱导了许氏平鲉幼鱼的氧化应激和免疫反应;诱导了低砷组中抗凋亡蛋白和高砷组促凋亡蛋白的表达。此外,蛋白互作网络构建初步挖掘甘油醛-3-磷酸脱氢酶、肌苷5'-磷酸脱氢酶1和40S核糖体蛋白SA为5 μg/L As发挥毒性效应的关键蛋白。
MOST Discipline Catalogue理学::海洋科学
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.yic.ac.cn/handle/133337/24218
Collection中科院烟台海岸带研究所知识产出_学位论文
Recommended Citation
GB/T 7714
徐兰兰. 镉和砷对许氏平鲉幼鱼毒性效应蛋白质组学和代谢组学研究[D]. 烟台海岸带研究所. 中国科学院大学,2020.
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