基于代谢组学和转录组学研究纳米TiO2对多头绒泡菌的毒性作用

论文摘要

纳米二氧化钛（nTiO2）因其良好的理化性质而得到广泛应用。研究显示,nTiO2对生物具有较大的毒害作用,但多数nTiO2废弃物在没有处理的情况下被排放到了环境中。由于没有快捷的nTiO2毒性检测方法,也没有建立起nTiO2生产及排放的监管,目前还无法评估nTiO2对环境造成的潜在影响。已有的研究显示,nTiO2对细胞具有很强的毒性,但哺乳动物细胞难以实现同步化培养,难以对单一细胞进行检测,以及耐受高浓度nTiO2的能力有限等因素的限制,nTiO2的细胞毒性作用研究进展缓慢。多头绒泡菌是黏菌的一种,既具有多细胞生物的抗性能力,又具有单细胞生物的生命特性,且发现其对nTiO2具有较高的耐受性。因此,本研究认为多头绒泡菌可以作为nTiO2细胞毒性研究的材料。代谢组学分析是发现代谢差异、识别被干扰的代谢途径、了解毒性作用机理、评估细胞毒性的重要手段;转录组学分析已应用于疾病早期诊断和多种毒性作用研究。本研究利用代谢组学技术和转录组学技术,从生理生化水平、转录水平和代谢物水平这三个层面分析了nTiO2对多头绒泡菌生长的影响。在生理生化水平的检测结果中发现,高浓度的nTiO2（≥15 mg/mL）会造成多头绒泡菌ROS水平升高,8-OHdG水平升高,CAT活性的升高,以及CAT基因转录水平的上升,说明nTiO2可能通过诱导胞内ROS的失衡造成DNA的氧化损伤。在代谢水平的分析中发现,经过9 mg/mL nTiO2和15 mg/mL nTiO2胁迫,多头绒泡菌中包括TCA循环、核苷酸合成以及糖代谢在内的多条生物途径的代谢物都发生了不同程度的改变并筛选到了12个变化较为显著的代谢物。通过比对两个处理组的代谢物,发现D-阿拉伯糖醇、酒石酸、谷胱甘肽、黄嘌呤、胞苷和芒柄花黄素的变化最显著。这6种代谢物最有可能成为nTiO2细胞毒性的代谢标志物,其中芒柄花黄素还可能成为nTiO2的解毒剂。在转录水平的分析中发现,与9 mg/mL nTiO2处理组相比,在15 mg/mL nTiO2处理组中筛选到3503个上调和4340个下调的差异表达mRNA,这些mRNA富集在糖代谢、核苷酸代谢、谷胱甘肽代谢、TCA循环以及烟酸和烟酰胺代谢等代谢途径上,可与代谢水平的研究结果相互验证。其中,谷胱甘肽转移酶基因具有成为指示nTiO2细胞毒性标记基因的潜力。同时,在15 mg/mL nTiO2处理组中还筛选到891个上调和405个下调的lncRNA以及269个上调和261个下调的miRNA。差异表达mRNA和差异表达miRNA靶基因的GO富集分析结果呈现高度一致性,使得转录组研究结果得到验证。首先,本研究对建立nTiO2细胞毒性检测方法具有指导意义,能为nTiO2的生产和环境排放提供有效的监管手段。其次,明确了多头绒泡菌中受nTiO2胁迫发生显著变化的基因、代谢物、代谢途径和细胞通路等,为了解nTiO2对细胞的毒性作用机理提供有益补充。最后,为人们了解生物体耐受nTiO2的机制提供参考,同时对开发nTiO2的解毒剂或抑制剂提供突破口。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
•   1.1 概述
• 2简介'>  1.2 纳米TiO₂简介
•   1.3 多头绒泡菌简介
•   1.4 转录组学简介
•   1.5 代谢组学简介
•   1.6 研究内容和意义
• 2耐受性初步研究'>第二章 多头绒泡菌的培养及对纳米TiO₂耐受性初步研究
•   2.1 材料与仪器
• 2'>    2.1.1 纳米TiO₂
•     2.1.2 多头绒泡菌
•     2.1.3 其它菌种
•     2.1.4 培养基
•     2.1.5 实验仪器
•   2.2 方法
•     2.2.1 多头绒泡菌的培养
• 2的特性'>    2.2.2 nTiO₂的特性
• 2胁迫培养'>    2.2.3 nTiO₂胁迫培养
•   2.3 结果
• 2的耐受性'>    2.3.1 三种微生物对n TiO₂的耐受性
•   2.4 讨论
•   2.5 结论
• 2胁迫对多头绒泡菌生理生化水平的影响'>第三章 纳米TiO₂胁迫对多头绒泡菌生理生化水平的影响
•   3.1 材料与仪器
•     3.1.1 菌种
•     3.1.2 试剂
•     3.1.3 仪器
•     3.1.4 培养基
•   3.2 方法
• 2胁迫培养多头绒泡菌'>    3.2.1 nTiO₂胁迫培养多头绒泡菌
•     3.2.2 活性氧（ROS）水平的检测
•     3.2.3 过氧化氢酶的检测
•     3.2.4 8-羟基脱氧鸟苷的检测
•     3.2.5 多头绒泡菌总RNA的提取
•     3.2.6 将总RNA反转录成c DNA
•     3.2.7 qPCR检测CAT基因的转录水平
•     3.2.8 统计分析
•   3.3 结果
• 2对多头绒泡菌的胁迫作用'>    3.3.1 nTiO₂对多头绒泡菌的胁迫作用
• 2短期胁迫后多头绒泡菌的ROS和CAT水平'>    3.3.2 nTiO₂短期胁迫后多头绒泡菌的ROS和CAT水平
• 2长期胁迫后多头绒泡菌的CAT和 8-OHd G水平'>    3.3.3 nTiO₂长期胁迫后多头绒泡菌的CAT和 8-OHd G水平
•   3.4 讨论
•   3.5 结论
• 2胁迫对多头绒泡菌代谢水平的影响'>第四章 纳米TiO₂胁迫对多头绒泡菌代谢水平的影响
•   4.1 材料与仪器
•     4.1.1 菌种
•     4.1.2 试剂
•     4.1.3 仪器
•   4.2 方法
•     4.2.1 GC-MS代谢组学分析样品的制备
•     4.2.2 GC-MS代谢组学分析样本前处理
•     4.2.3 GC-MS质控样本的选择
•     4.2.4 GC-MS的条件和数据采集
•     4.2.5 GC-MS数据预处理
•     4.2.6 GC-MS多元统计分析
•     4.2.7 GC-MS差异代谢物的筛选
•     4.2.8 LC-MS代谢组学分析样品的制备
•     4.2.9 LC-MS代谢组学分析样品的制备
•     4.2.10 液相色谱-质谱分析条件
•     4.2.11 LC-MS数据预处理
•     4.2.12 LC-MS多元统计分析
•     4.2.13 LC-MS差异代谢物的筛选
•   4.3 结果
•     4.3.1 GC-MS色谱图
•     4.3.2 GC-MS样品PCA和OPLSD-DA评分图
•     4.3.3 GC-MS差异代谢物的筛选
•     4.3.4 LC-MS样品PCA和OPLSD-DA评分图
•     4.3.5 LC-MS差异代谢物的筛选
•     4.3.6 简易代谢网络图的绘制
•   4.4 讨论
•   4.5 结论
• 2胁迫对多头绒泡菌转录水平的影响'>第五章 纳米TiO₂胁迫对多头绒泡菌转录水平的影响
•   5.1 材料与仪器
•     5.1.1 菌种
•     5.1.2 试剂
•     5.1.3 仪器
•   5.2 方法
• 2胁迫培养多头绒泡菌'>    5.2.1 nTiO₂胁迫培养多头绒泡菌
•     5.2.2 多头绒泡菌总RNA的提取
•     5.2.3 总RNA质量检测
•     5.2.4 样品RNA测序
•     5.2.5 标准信息分析流程图
•     5.2.6 测序结果评估
•     5.2.7 基因统计
•     5.2.8 样品间差异mRNA分析
•     5.2.9 GO富集分析
•     5.2.10 KEGG Pathway分析
•     5.2.11 样品间差异lnc RNA分析
•     5.2.12 Real-Time PCR验证转录组测序
•     5.2.13 样品miRNA测序
•     5.2.14 信息分析概述
•     5.2.15 数据处理
•     5.2.16 标准数据分析
•     5.2.17 miRNA表达分析
•     5.2.18 miRNA靶基因预测
•     5.2.19 样品间差异表达miRNA靶基因富集分析
•   5.3 结果
•     5.3.1 样品总RNA提取结果
•     5.3.2 测序质量评估
•     5.3.3 基因表达统计
•     5.3.4 基因覆盖度统计
•     5.3.5 样品间差异mRNA统计
•     5.3.6 样品间差异基因GO功能显著性富集分析
•     5.3.7 样品间差异基因KEGG Pathway显著性富集分析
•     5.3.8 样品间差异lnc RNA统计
•     5.3.9 Real-Time PCR验证结果
•     5.3.10 小RNA测序质量评估
•     5.3.11 比对Gen Bank
•     5.3.12 已知miRNA鉴定
•     5.3.13 新miRNA鉴定
•     5.3.14 tag分类注释
•     5.3.15 miRNA差异表达分析
•     5.3.16 miRN靶基因预测
•     5.3.17 样品间差异表达miRNA靶基因GO富集分析
•     5.3.18 样品间差异表达miRNA靶基因KEGG富集分析
•   5.4 讨论
•   5.5 结论
• 总结
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张天任

导师: 刘士德

关键词: 纳米二氧化钛,多头绒泡菌,细胞毒性,代谢组学,转录组学

来源: 深圳大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用

单位: 深圳大学

分类号: X171.5

总页数: 103

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