低强度环境电磁场(主要是工频磁场和射频电磁场)暴露的生物学效应及其作用机制至今还不清楚。为研究低强度电磁场暴露对细胞基因表达的影响，本学位论文主要以MCF-7细胞为研究模型，采用重复基因芯片实验设计，分析工频磁场和射频电磁场辐照对MCF-7细胞基因表达谱的影响，期望筛选获得两类电磁场辐照后的差异表达基因，然后利用荧光实时定量RT-PCR(Real-time RT-PCR)验证这些电磁场候选反应基因，并比较分析两类电磁场对细胞基因表达影响的异同。考虑到现今对人类基因组了解并不全面，本学位论文同时以模式生物酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)为辅助研究对象，分析两类电磁场辐照对酿酒酵母细胞全基因表达的影响，为MCF-7细胞的研究提供指导和补充，从而期望构建出真核细胞对电磁场反应的核心机制，为后续工作打下基础。第一部分：工频磁场对MCF-7细胞基因表达的影响为研究工频磁场对MCF-7细胞基因表达谱的影响，本研究将体外传代培养的MCF-7细胞随机分为2组，并接受0.4mT的50Hz磁场连续辐照和假辐照24h，然后利用Affymetrix公司的人类基因组芯片U133A进行基因转录水平分析，进而用MAS 5.0软件和DMT 3.0软件分析芯片实验数据。结果显示，MCF-7细胞受50Hz磁场辐照后，有30个100％一致变化的候选差异基因。为验证这些候选基因，我们进一步采用Real-time RT-PCR分析辐照前后特定基因表达的变化情况。6次重复实验结果表明，MCF-7细胞受50Hz磁场辐照后，SCNN1A基因和METTL3基因被显著性上调(P＜0.05)，GPR137B基因被显著性下调(P＜0.05)；而其他基因则未发生显著性改变(P＞0.05)。因此，在本实验设计下，我们检测到50Hz工频磁场对MCF-7细胞基因表达的微弱变化，并确定了MCF-7细胞的3个50Hz工频磁场反应基因SCNN1A、GPR137B和METTL3。这些MCF-7细胞工频磁场反应基因改变的生物学意义还有待于进一步研究。第二部分：射频电磁场对MCF-7细胞基因表达的影响为研究射频电磁场对MCF-7细胞基因表达谱的影响，本研究将体外传代培养的MCF-7细胞随机分为4组，并接受比吸收率为2.0和3.5W／kg的GSM 1800 Mnz射频电磁场间断辐照(5 min开／10 min关)和假辐照24 h，然后利用U133A基因芯片进行基因转录水平分析。芯片实验数据经MAS 5.0软件和DMT 3.0软件分析显示，MCF-7细胞受比吸收率为2.0和3.5 W／kg的射频电磁场辐照后，分别有0个和5个100％一致变化的候选差异基因。为验证这些候选基因，我们进一步采用Real-time RT-PCR分析辐照前后候选基因表达的变化情况。6次重复实验结果表明，这些候选基因在各重复实验之间有微小变化，但变化不一致，且无显著性差异(P＞0.05)，说明这些基因未能得到Real-time RT-PCR实验的验证。因此，在本实验设计下，我们未能检测到GSM 1800 MHz射频电磁场对MCF-7细胞基因表达的明显影响。第三部分：电磁场对模式生物酿酒酵母细胞基因表达的影响为研究电磁场对酿酒酵母细胞基因表达谱的影响，筛选模式生物可能的电磁场反应基因，以指导电磁场对人体细胞基因转录影响的研究，本研究将静止培养的酵母细胞随机分为4组，并接受0.4 mT的50 Hz工频磁场连续辐照和假辐照6 h，或接受比吸收率为3.5 W／kg的GSM 1800 MHz射频电磁场间断辐照(5 min开／10 min关)和假辐照6 h，然后利用Affymetrix公司酵母基因组芯片S98进行全基因转录水平分析。芯片实验数据采用GCOS 1.0软件和DMT 3.0软件进行分析。结果显示，酵母细胞受工频磁场和射频电磁场辐照后，分别有3个和40个100％一致变化的候选差异基因。为验证这两类电磁场响应的候选基因，我们进一步采用Real-time RT-PCR分析辐照前后候选基因表达的变化情况。6次重复实验结果表明，酵母细胞受50 Hz磁场辐照后，3个候选基因在各重复实验之间有微小变化，但变化不一致，且无显著性差异(P＞0.05)，说明这些基因未能得到Real-time RT-PCR实验的验证；酵母细胞受射频电磁场辐照后，SMC3基因和AQY2(m)基因被显著性上调(P＜0.05)，HAL9基因、YAK1基因和一个功能未知基因(ORF：YJL171C)被显著性下调(P＜0.05)，其他基因则未发生显著性改变(P＞0.05)，说明这些基因未能得到Real-time RT-PCR实验的验证。此外，通过同源性基因分析，本研究找到了SMC3基因和YAK1基因的人同源性基因。因此，在本实验设计下，我们未能检测到50 Hz工频磁场对酿酒酵母细胞基因表达的明显影响；检测到GSM 1800 MHz射频电磁场对酿酒酵母细胞表达的微弱影响，确定了酿酒酵母细胞的5个GSM 1800 MHz射频电磁场反应基因，即SMC3、AQY2(m)、HAL9、YAK1和一个功能未知基因(ORF：YJL171C)，并确定了SMC3基因和YAK1基因的人同源性基因。这些酿酒酵母细胞射频电磁场反应基因变化的生物学意义有待于进一步研究。基于以上的研究结果及分析讨论，本学位申请人得出以下结论：1．在本实验设计下，未能检测到SAR为2W／kg、3.5W／kg的射频电磁场辐照MCF-7细胞24h引起的基因表达变化；未能检测到0.4mT的工频磁场辐照酿酒酵母细胞6 h引起的基因表达变化。2．在本实验设计下，检测到0.4 mT的工频磁场辐照MCF-7细胞24 h引起的基因表达的微弱影响，并确定了SCNN1A基因、GRP137B基因和METTL3基因为工频磁场反应基因。3．在本实验条件下，检测到SAR为3.5 W／kg射频电磁场辐照酿酒酵母细胞6 h引起的基因表达的微弱影响，确定了SMC3基因、AQY2(m)基因、HAL9基因、YAK1基因和一个功能未知基因(ORF：YJL171C)为射频电磁场反应基因，并找到了SMC3基因和YAK1基因的人同源性基因。4．以上结果说明，本论文采用的两类电磁场对MCF-7和酵母细胞的基因转录影响较弱，提示这细胞对两类电磁场辐照的反应性低，或产生了适应性反应。当然，也可能是当前的基因芯片技术存在一些局限性，不能灵敏地反映电磁场这种弱物理因素对细胞基因表达的影响。本学位论文的主要创新：科学方面：1．从全基因组转录水平揭示工频磁场和射频电磁场对MCF-7细胞和酿酒酵母细胞的影响不明显。2．首次确定了SCNN1A基因、GRP137B基因和METTL3基因为MCF-7细胞的工频磁场反应基因；SMC3基因、AQY2(m)基因、HAL9基因、YAK1基因和一个功能未知基因为酿酒酵母细胞的射频电磁场反应基因。利用生物信息学分析确定了SMC3基因和YAK1基因的人同源性基因。方法学方面：1．本学位论文结合高通量的基因芯片技术和荧光实时定量RT-PCR技术，首次系统地从转录组水平研究了工频磁场和射频电磁场对细胞基因表达的影响，并试图比较两类电磁场对细胞基因表达影响的异同。2．首次将模式生物(酿酒酵母)和人细胞的研究结合起来，试图全面了解电磁场对真核细胞基因表达的影响。