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目前我国对海洋环境中重金属污染的监测仍然是以化学分析为主,化学分析方法虽然能对环境或生物体内重金属含量进行精确的定量,但无法反映污染物的生物效应,也难以了解污染物对海洋生态系统造成的破坏程度,很难评估其潜在毒性。因此筛选出与环境污染物相关性好的分子生物标志物,并建立特异性强、微量鉴定、费用低廉的快速检测方法具有良好的应用前景和效益。
本研究以灵敏度高、特异性强的海洋重金属污染生物标志物—MT为指标,克隆了褐菖鲉(Sebastiscus marmoratus)的MT基因序列,建立并优化了针对MT的LAMP技术。为验证该方法的可行性,将褐菖鲉分别曝露于1.6μg·L-1、8.0μg·L-1、40μg·L-1、200μg·L-1、500μg·L-1的Cd和Pb7d后,利用LAMP技术和Realtime-PCR技术定量测定肝脏MT mRNA表达量,对比验证两者结果。同时利用LAMP技术对污染后HSPs(HSP60、HSC70、HSP70、HSP90)基因的表达量进行检测,分析Cd和Pb与HSPs各亚型的剂量-效应关系,筛选出重金属污染的早期预测指标。主要研究结果如下:
(1)建立并优化了褐菖鲉MT的LAMP检测技术,结果表明,外引物与内引物浓度比为1∶6时扩增效果最好,最佳Mg2+浓度为6 mmol·L-1,甜菜碱最佳浓度为0.4 mol·L-1,最佳dNTP浓度为1.4 mmol·L-1,最适反应温度为64℃,最佳反应时间为60 min。
(2) Cd、Pb污染实验表明,利用LAMP技术定量测定褐菖鲉肝脏MT表达量与Real-time PCR检测结果有高度的一致性,证实了LAMP技术应用于重金属污染样品检测的可行性。且LAMP技术具有反应速度快、设备简单、结果易于鉴定等Real-time PCR无法比拟的优势,更适合作为海洋重金属污染的现场监测方法。
(3)褐菖鲉肝脏MT对不同浓度Cd和Pb污染的响应趋势大不相同。MT对Cd污染较敏感,在8.0μg·L-1浓度组被强烈诱导且mRNA表达量达到最大值,为对照组的12.27倍,其余各浓度组与对照组无显著性差异,表明MT可以作为Cd污染早期预测指标。MT对Pb污染较不敏感,40μg·L-1浓度组之前随浓度的增加mRNA表达量逐渐下降,而后逐渐上升,在500μg·L-1组达到最大值,但所有浓度组与对照组均无显著性差异。
(4)采取LAMP技术检测Cd与Pb污染后HSPs的表达量表明,HSPs对单一重金属的不同浓度以及不同重金属的响应趋势各异,总体对Cd比Pb敏感。对Cd污染早期就比较敏感的基因有HSC70和HSP70,较低浓度组诱导下HSC70和HSP70的表达量均上升,HSP70上升显著,为对照组的54.07倍;HSP60和HSP90在低浓度诱导下上升不显著或被抑制,在污染高浓度组表达量上升,分别在8.0μg·L-1和40μg·L-1达到最大值。对Pb污染早期比较敏感的基因为HSC70和HSP90,在1.6μg·L-1浓度组,这两种基因的表达量均被诱导,HSP90上升显著(P=0.003),为对照组的4.7倍,在小于500μg·L-1组中,Pb对HSPs基因表达量的诱导或者抑制均不显著,在500μg·L-1被显著诱导的蛋白有HSP90(P=0.004)和HSP70(P=0.013),分别为对照组的4.27和4.69倍。