基于转录组学技术研究和建立褐菖鮋响应石油污染的分子生物学标志物

Oil pollution has been one of the most dominant contaminants in the coastal waters of China over the past decades and a long challenging task of monitoring and early predicting the biological effects of the pollution because chemical monitoring is not able to indicate the biological effects and biological monitoring technique are rather leg-behinded in our country. In the present study, the specific genes differentially expressed in Sebastiscus marmoratus under acute and sub-chronic exposures of crude oil water soluble fraction will be obtained respectively based on newly developed Solexa/Illumina RNA-seq and Digital gene expression profiling techniques at transcriptional level. Then, a group of candidate biomarkers characterized by specificity, sensitivity and early-warming will be identified from the fish liver through dose-response and time course experiments in laboratory. Finally, multiple biomarkers established from Sebastiscus marmoratus will be applied to monitoring oil pollution and assessing the impact of the pollution on fish in field (Xiamen waters). It is anticipated that the group of new molecular biomarkers to be set up will play an important role in scientific and technological supporting for rapid monitoring, assessing and predicting the biological effects of marine oil pollution in our country.

在我国，石油类污染已经成为近海海洋环境中最主要的有机污染物之一，然而由于化学监测未能指示污染物生物效应状况，而生物学监测手段落后，长期制约着石油类污染生物学效应的监测与早期预警。本研究拟以褐鲳鮋为实验动物，以高通量RNA测序和数字基因表达谱新技术为手段，比较研究石油可溶性组分急性与亚慢性水体暴露下褐鲳鮋转录组表达谱，获得特异的显著性差异表达基因；研究石油胁迫下的剂量-效应和时间-效应关系，筛选出一组特异性强、灵敏度高、效应快的分子生物学检测指标；整合多种分子生物标志物技术在厦门监测海域开展石油类污染生物效应应用研究，建立褐菖鲉响应石油类污染新的分子生物学标志物，综合评价监测海域石油类污染分子生物学效应状况。预期结果将为我国海洋石油类污染状况及其生物学效应的快速监测、评价和预警提供新的科学技术支撑。

石油类污染已成为我国当前近海海洋环境最主要的有机污染物之一，迫切需要选择合适的监测鱼类和生物标志物监测海洋石油类污染生物学效应。本研究选取我国近海底栖鱼类褐菖鲉（Sebastiscus marmoratus）作为监测鱼类，利用Illumina Hiseq 2000测序平台构建了石油水溶性组分（WSF）胁迫下褐菖鲉肝脏转录组数据库，拼接后共获得79298个unigenes，为进一步研究海洋石油类污染毒性效应及其机制奠定了基础。然后，利用数字基因表达谱（DGE）技术研究了环境浓度石油WSF水体暴露4～28天鱼肝差异基因表达谱，富集分析结果显示，上述基因大多参与了新陈代谢过程或免疫学过程。经筛选分析，发现视黄酸受体应答蛋白3（RARRES3）和细胞色素P4501A（CYP1A）基因对石油WSF暴露表现出显著的剂量-效应和时间-效应关系。整合鱼肝脏RARRES3 mRNA、CYP1A mRNA、CYP1A蛋白和7-乙氧基异吩恶唑酮脱乙基酶（EROD）等作为生物标志物，采用新一代综合生物标志物响应指数法（Integrated Biological Responses version 2, IBRv2）分别在泉州湾和安海湾开展了为期两周的海洋石油类污染生物效应现场监测和评估实验。结果表明，褐菖鲉是一种监测海洋污染敏感的鱼类；本课题建立的褐菖鲉肝多生物标志物技术能够对我国近岸海洋石油类污染生物效应进行快速的监测、评价和预警。在本课题实施过程中，我们成功举办了“海洋污染生物效应快速监测与评价技术培训班”，促进了本项目成果的推广，加快了生物标志物技术在我国海洋石油类等污染及其生物效应监测中的应用步伐。

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