论文部分内容阅读
建立和完善对低剂量、长期暴露的环境污染物的生态毒性效应及其分子机制的检测技术和评价方法是目前污染生态化学的研究热点,在多水平层次上的系统和敏感的毒性检测方法是评价外源化合物生态风险的关键因素。五氯酚(PCP)和2,4,6-三氯酚(TCP)是典型的氯酚类化合物,均属可疑人类致癌物,由于广泛使用且自然降解缓慢而长期存在于环境中。氯酚类化合物能够诱导生物基因损伤、发育异常以及细胞凋亡等,但它们对脊椎动物的遗传毒性和致癌作用一直备受争议。为了深入研究低剂量2,4,6-三氯酚对p53基因的致突变作用,进一步揭示其致癌机制,并且建立基因毒性、细胞毒性、发育毒性多层次的生态毒性评价方法体系,本研究以模式动物斑马鱼为受试生物,开展了一系列研究工作:(1)体内暴露,研究低剂量2,4,6-三氯酚不同时间暴露对斑马鱼p53基因致突变作用及其时间效应关系,揭示低剂量五氯酚对鱼类DNA功能基因损伤,优化了变性高效液相色谱(DHPLC)与DNA克隆测序相结合的突变检测方法。(2)通过对斑马鱼的不同发育时期的形态学和运动行为学跟踪观察,多指标分析氯酚化合物对斑马鱼发育过程的毒性效应。(3)分析五氯酚诱导斑马鱼基因表达发生变化的细胞凋亡相关基因caspase-2的全基因结构及氨基酸序列保守性。(4)采用半定量逆转录PCR技术,检测五氯酚暴露诱导产生的斑马鱼胚胎中细胞凋亡关键基因caspase-2的表达量的变化,探讨五氯酚对斑马鱼细胞毒性的相关分子机制。
本研究从分子水平阐明2,4,6-三氯酚诱导脊椎动物致突变作用,分析氯酚化合物的遗传毒性和致癌作用,并结合个体水平上的毒性效应,深入研究低剂量氯酚类化合物的综合生态毒性作用及其作用机制,旨在建立和应用一套复合层次水平的多指标的生态毒性综合评价方法。
(1)优化并应用变性高效液相色谱(DHPLC)与克隆测序相结合的方法检测到0,0.5,5和50μg/L浓度2,4,6-三氯酚处理组(10天暴露)扩增的p53基因目标片断克隆突变率分别为2.21±1.47%,1.42±1.77%,5.43±1.22%和3.66±4.32%。5μg/L TCP暴露1,3和6天处理组扩增的p53基因目标片断的克隆突变率分别为1.18±0.55,0.59±1.02和1.47±1.00。经统计学分析,5μg/L TCP10天暴露处理组与对照组相比有显著性差异,50μg/L处理组的克隆突变频率标准偏差较大;5μg/L TCP暴露1,3和6天处理组与对照组相比均无显著性差异。表明2,4,6-三氯酚可以诱导斑马鱼p53基因外显子7点突变,并且其基因毒性具有显著时间-效应关系。
(2)对斑马鱼胚胎早期发育过程的形态学观察得到50μg/L五氯酚和500μg/L2,4,6-三氯酚暴露染毒均会导致斑马鱼胚胎发育迟缓,五氯酚处理组的斑马鱼胚胎在发育8~16 h后停滞;500μg/L2,4,6-三氯酚处理组的心跳次数和五氯酚处理组斑马鱼的运动路程均显著低于对照组,表明五氯酚和2,4,6-三氯酚对斑马鱼有发育毒性,导致斑马鱼发育异常,且五氯酚对斑马鱼发育过程的表观毒性比2,4,6-三氯酚大。
(3)五氯酚暴露染毒的斑马鱼胚胎中14个涉及细胞凋亡行为的功能基因表达量发生了显著改变,氨基酸序列保守性分析表明这些功能基因之间具有一定的进化关系;与环境毒物诱导的细胞凋亡行为密切相关的caspase-2基因结构分析结果表明,斑马鱼caspase-2基因由10个外显子和9个内含子组成,cDNA长1308 bp,含一个开放阅读框(ORF),编码435个氨基酸;6种脊椎动物Caspase-2氨基酸序列的保守性分析表明,在特定功能区结构域中氨基酸序列表现出较高的同源性,Caspase-2在进化上高度保守。
(4)逆转录PCR结果显示,50μg/L五氯酚暴露可以诱导斑马鱼caspase-2基因差异表达,这与五氯酚引起的发育迟缓和运动能力下降等发育毒性效应可能密切相关。斑马鱼caspase-2基因是一种便利可行的检测水生生态系统危害的分子标志物。