利用基因组学技术分析多环芳烃对斑马鱼的发育毒性效应和机制

【作者】 黄力行； 左正宏； 章幼玉； 王重刚；

【机构】 厦门大学生命科学学院；

【摘要】 关于多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)对鱼类胚胎的发育毒性已有许多研究报道,但是否所有的毒性效应都已被揭示?针对这个问题,我们采用基因组学技术[1,2],对3-5环的PAHs[菲、芘、苯并(a)芘(BaP)]暴露的斑马鱼胚胎进行全基因组的差异表达基因分析,从受影响的信号途径中预测可能的毒性效应并进行验证。筛选出受菲、芘、苯并(a)芘干扰的视觉系统相关基因,主要涉及视上皮的成熟和分化,视觉系统的形成,光受体的存活与发育,视网膜的成熟和结构稳定,视网膜光能换能机制和信号转导,视网膜神经突触形成等功能和生物学过程。由此可见,三种PAHs的视觉发育毒性机制可能与视网膜发育分化和结构稳定相关基因的表达紊乱有关。菲经由AhR-Zebl-Mitf-Pax6途径引起视网膜细胞凋亡水平上升和增殖水平下降,最终引发视觉发育和功能障碍。从形态学和组织学水平上的实验结果来看,三种PAHs都具有视觉发育毒性,其毒性大小为:菲>芘>苯并(a)芘。图1.苯并(a)芘暴露对斑马鱼胚胎基因表达的影响(A):苯并(a)芘暴露后差异表达基因的功能聚类,筛选标准score>1和p<0.01(B):与眼和视觉发育相关的差异表达基因的分等级(hierarchical)聚类三丁基锡(Tributyltin,TBT)和BaP混合对斑马鱼胚胎进行暴露,用RT-PCR技术很好地验证了基因芯片筛选和分析的结果,从基因组学的数据能够阐明联合暴露的毒性效应及其相关的机制:1)联合暴露中,苯并(a)芘减轻了TBT引起的脊柱弯曲的程度,可能是通过减轻TBT对Notch信号途径的干扰的结果;2)TBT或BaP单独暴露导致胚胎孵化率下降,联合暴露减轻了这个下降,有关孵化的基因的表达的干扰在联合暴露中减轻了;3)TBT减轻了BaP引起的心包囊肿大和心率徐缓,与心肌细胞发育和钙离子操控有关的基因表达受到BaP的影响,而这些影响在TBT联合暴露中减轻;此外,TBT和BaP联合暴露影响了单独暴露对抗氧化系统和DNA损失修复相关基因的影响。图2.采用基因组学技术筛选出的与斑马鱼发育有关功能基因群以上结果说明,基因组学技术在毒性预测、毒性机制分析和联合毒性效应的研究方面有重要的作用[1]。更多还原