近日，我校農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院（婁底市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所）白婧博士在國(guó)際知名毒理學(xué)期刊Ecotoxicology and Environmental Safety（中國(guó)科院1區(qū)、影響因子6.2）發(fā)表了題為“Combined transcriptome and metabolome analysis reveals the toxic effects of antimony on the earthworm”的研究論文，標(biāo)志著銻污染生態(tài)修復(fù)團(tuán)隊(duì)在銻污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估領(lǐng)域取得的又一重大突破。
銻，這一對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成顯著威脅的類金屬元素，其生態(tài)毒性效應(yīng)長(zhǎng)期以來備受關(guān)注。不同于以往多集中于赤子愛勝蚓（Eisenia fetida，E. fetida）個(gè)體水平的研究，本次研究深入至分子層面，全面剖析了銻對(duì)土壤生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵模式生物的毒性作用機(jī)制。
研究團(tuán)隊(duì)通過完整的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，將E. fetida置于不同濃度的銻污染土壤中，全面分析其從分子敏感性到解毒機(jī)制啟動(dòng)，再到氧化應(yīng)激與防御機(jī)制平衡調(diào)整的全過程。結(jié)果顯示，高濃度銻暴露顯著破壞了E. fetida的腸道結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致金屬硫蛋白水平激增及抗氧化能力大幅下降。在高、低兩組樣本中共鑒定出404種和1698種顯著差異的代謝物，其中S（-）-卡西酮、N-苯基-1-萘胺、血清素、4-羥基扁桃腈和5-氟戊基吲哚等關(guān)鍵代謝物在抵御銻毒性中扮演了核心角色。并且，E. fetida在抵御銻毒性時(shí)啟動(dòng)了幾丁質(zhì)的合成，增強(qiáng)了氨基糖和核苷酸糖的代謝來維持細(xì)胞壁合成和細(xì)胞壁損傷的修復(fù)等關(guān)鍵功能。
圖1 銻暴露對(duì)E. fetida的毒性效應(yīng)機(jī)制
圖2 E. fetida體內(nèi)差異表達(dá)基因的數(shù)量及排名前十的GO
綜合代謝組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了Serotonin_FBRL, 5-methoxytryptamine_FBRL, Glutamine_GFPT1, Glutamine_GLSL, 5-L-Glutamyl-Lalanine_GGT1 共5對(duì)代謝物-基因，以及與信號(hào)傳導(dǎo)、碳水化合物代謝、免疫系統(tǒng)、氨基酸代謝、消化系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等相關(guān)的11條富集通路。該研究有助于深化對(duì)銻毒性機(jī)制的認(rèn)識(shí)，強(qiáng)調(diào)了從分子層面探討污染物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的重要性，并為未來制定更加精準(zhǔn)有效的環(huán)境保護(hù)策略奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。
圖3 E. fetida在生化、組織、代謝和轉(zhuǎn)錄組水平上對(duì)銻響應(yīng)的概念圖
課題組近年來圍繞銻的毒性效應(yīng)及機(jī)理開展了一系列相關(guān)研究，本論文是繼Ecotoxicology and Environmental Safety（2024，277，116326）、Environmental Pollution（2024，356，124357）后對(duì)銻的毒理機(jī)制深入挖掘的又一階段性成果。
本研究在湘中特色農(nóng)業(yè)資源開發(fā)利用與質(zhì)量安全控制湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41907037；32371589）、湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2024JJ7244；2023JJ50086；2023JJ50475）、湖南省教育廳科研基金項(xiàng)目（22A0608）、湖南省科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（201937924）、湖南省研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目（CX20231272）的支持。（文/圖：陳琳玉；一審：朱雄梅；二審：劉澤發(fā)；三審：向國(guó)紅）
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2024.116822
湘公網(wǎng)安備43130202000080號(hào)