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背景: β-双酮类抗生素(β-diketone antibiotics, DKAs)是当前产量与使用量最大的药物种类。被广泛使用在人类及动物疾病的预防与治疗,畜牧养殖业等方面。人畜服用此类药物大多不能被完全吸收,多以活性代谢物形式进入环境,虽然半衰期短,但连续频繁的使用造成“假持久”现象,严重危害生态环境和人类健康。miRNA通过靶向降解mRNA或抑制mRNA的翻译参与个体的发育、细胞分化、增殖、凋亡等生理调控过程。目前,miRNA的调控作用成为毒理学研究的热点,但少有学者从miRNA分子调控上系统地研究DKAs致毒的分子机理。因此,本研究利用新一代高通量illumina MiSeq测序技术,通过现代分子生物学结合病理组织观察的实验验证,深入而系统地探讨DKAs暴露致毒的分子机理,正确评价其生态风险,该研究对污染性疾病的预防、治疗和干预具有重要的指导意义。 目的: 本研究借助新一代高通量illumina MiSeq测序技术完成DKAs暴露斑马鱼F1的miRNAs测序,构建差异文库,筛选出阳性差异miRNAs并预测其差异调控靶基因,明确其调控靶基因的功能及其涉及的信号代谢通路。然后通过qRT-PCR和W-ISH或ISH等技术验证候选miRNAs的表达变化,以及其异常表达造成的毒性效应与功能损伤,揭示DKAs对子一代斑马鱼致毒的分子机制。 方法: 1.设置浓度梯度的DKAs自6 hpf胚胎持续暴露至斑马鱼性成熟,收集F1代7 dpf幼鱼进行高通量illumina MiSeq测序。然后对测序结果进行生物信息学分析,筛选出一批符合标准的、高丰度阳性差异(p≤0.05,100≤FPKM≤110000) miRNAs。用在线软件DIANA miRPath(v.2.0)预测其可能调控的靶标基因(P<0.05)并绘制信号通路富集热区图,明确其涉及的代谢通路和作用的功能系统。用Cytoscape软件绘制miRNAs与靶基因调控网络。 2.利用qRT-PCR验证DKAs处理下候选的高丰度阳性差异miRNAs的差异表达变化模式。然后通过原位杂交技术来探究其在亲本生殖器官和F1幼鱼中的时空表达部位和变化模式,结合HE染色和透射电镜结果分析其异常变化对生殖器官的病理组织损伤。 3.运用油红O染色对F1幼鱼整体和亲本成鱼肝脏冰冻切片进行脂肪代谢紊乱的研究,同时利用脂质测定试剂盒检测斑马鱼亲本血清和F1代幼鱼体内的甘油三酯和总胆固醇的含量变化。 4.进一步筛选出miR-144和miR-125b调控脂肪代谢相关靶基因,体外合成miR-144和miR-125b激动剂和抑制剂,利用显微注射技术,有针对性地展开其调控脂肪代谢方面的功能确证。 结果: 1.高通量illumina MiSeq测序产生的valid reads分别为8.14×106(Control)、8.69×106(6.25 mg/L)、10.57×106(12.5 mg/L)的数据量,共获得193条阳性差异miRNAs。经生物学信息分析获得11条高丰度阳性差异miRNAs并预测其差异靶基因的功能主要富集在癌症调节、信号和能量传导及脂肪酸代谢等通路上。 2.候选的11条miRNAs qRT-PCR结果显示70%左右的miRNAs表达变化趋势与测序数据相一致。原位杂交结果显示:miR-125b、miR-430c在亲本卵巢组织中及miR-124、miR-499在F1幼鱼中的表达随着暴露浓度的提高其表达强度也增加,呈现浓度梯度依赖关系。miR-124、miR-499主要分布在幼鱼的肝脏、脑、鳃、泄殖腔等部位。 3. HE染色和透射电镜(TEM)结果显示DKAs处理可诱导斑马鱼成鱼卵巢过早衰老、组织发生损伤,严重影响卵母细胞的发育与成熟。油红O染色显示DKAs暴露显著影响斑马鱼亲本和F1代体内脂质代谢紊乱,主要表现脂肪粒堆积,脂质含量升高、肝功能异常,提示可能诱发肥胖症的发生。 4.外源性miRNA激动剂和抑制剂的干预成功改变幼鱼体内的miR-144和miR-125b水平,引起了调控靶基因的异常表达,而miRNA及靶基因变化引发的肝脏脂肪代谢异常和靶基因的功能有待于进一步深入。 结论: 利用新一代illumina MiSeq高通量测序技术完成了DKAs长期暴露斑马鱼的F1代幼鱼miRNAs组学测序,共获得193条阳性差异miRNAs。经生物学信息分析获得11条高丰度阳性差异miRNAs并预测其差异靶基因的功能主要富集在癌症调节、信号和能量传导及脂肪酸代谢等通路上。通过qRT-PCR、原位杂交技术验证了一批候选miRNAs在亲本生殖系统和F1代中的异常表达变化,结合病理学组织观察和理化测定分析了其异常变化对斑马鱼生殖毒性的影响,造成脂肪代谢紊乱及肝功能异常等。初步揭示了DKAs暴露对斑马鱼致毒的分子调控机制。另外一些候选miRNAs的功能鉴定还有待于进一步深入研究。