毒理学研究的重点是化学物对生物体产生毒作用的细胞原理、生化和分子机制，其机制研究结果在应用毒理学的许多领域非常重要。而转录组可以从整体水平研究基因功能和基因功能，揭示特定生物学过程及疾病发生过程中的分子机理。本文正是利用白腐菌独特的降解能力，用不同剂量的毒性污染物来研究其降解机制。
十溴二苯乙烷 (DBDPE) 是一种广泛使用的新型溴化阻燃剂，DBDPE 在生物体内具有积累作用，对环境甚至人类健康构成威胁。白腐菌作为一种环境污染控制的生物技术工具，平菇（Pleurotus ostreatus）隶属于担子菌纲姬松茸，是我国栽培食用白腐菌中最具代表性的真菌之一，对一些难降解污染物具有独特的降解能力。有毒物质是微生物在生物降解过程中的底物，同时微生物的毒性反应是伴随发生，所以研究平菇对有毒污染物的应激反应势在必行。
期刊：Journal of Hazardous Materials
影响因子：10.588
发表时间：2022
一、实验设计
1、实验处理
收集P. ostreatus (CICC 50166)孢子悬液，将1 mL孢子溶液和 19 mL 培养基加入烧瓶，再分别加入 1、2、4、5、10、20 和 50 mg/L 的 DBDPE。分别在 0、12、24、36、48、72 和 96 h收集菌丝体，将未经 DBDPE 处理的菌丝体颗粒作为对照。
2、研究方法
观察菌丝体形态和测定氧化应激后，选择暴露于 0 mg/L（对照）、5 mg/L（低剂量）和 20 mg/L（高剂量）DBDPE 72小时后样本进行转录组测序分析。
图1 实验设计
二、实验结果
1.DBDPE 对真菌生长的影响
通过测量真菌的生物量和培养基pH值判断DBDPE对生长的影响，发现真菌在暴露 36 h后积累代谢物和蛋白质可以缓解较低浓度 (5 mg/L) 下 DBDPE 的压力。
图 2 DBDPE 对真菌生物量 (a) 和培养基 pH 值 (b) 的影响
同时测定了平菇的Ca2+、Mg2+-ATPase和Na+，K+-ATPase活性的变化趋势，发现均随着浓度的增加酶活显著提高并在 24 h达到最大值。对 SOD、CAT 和 GSH 的活性以及 MDA 含量测定也发现，DBDPE 高浓度（5-50 mg/L）对平菇的影响更大。通过抑制GSH的合成，促进细胞内MDA含量的不断增加，从而抑制平菇的GSH活性和加速脂质过氧化。
分别在0、5 和 20 mg/L DBDPE浓度时，通过SEM 研究 DBDPE 对平菇菌丝体形态的影响。当DBDPE的暴露浓度达到20 mg/L时，可以观察到几乎所有菌丝体都被破坏（图3），可能导致胞内物质外流。
图 3 DBDPE 暴露对平菇的形态学观察
2.转录组分析结果
转录组分析结果表明，与对照组相比，5 和 20 mg/L DBDPE 处理组分别有 1193 和 1107 个 DEGs，下调基因的数量远远多于上调基因的数量（图6a，b和c）。维恩图显示了在不同 DBDPE 暴露浓度下相同 DEG 的数量，DBDPE可以改变平菇的基因表达，较高浓度（20 mg/L）对真菌的影响明显。
图 4 不同 DBDPE 处理的平菇的 DEG 散点图
DEGs的GO分析（图5）表明，DEGs 显著注释到 50 个不同的 GO term中。与低浓度处理组相比，高浓度处理组有更多下调的 DEG。与对照相比，低浓度组大多数 DEG 富集到生物过程和细胞成分，包括脂肪酸分解代谢过程 、嘌呤核苷三磷酸生物合成过程等，高浓度暴露的大部分 DEG 富集到生物过程（图6）。这些基因表达的下调表明了DBDPE可以通过抑制电子传递、线粒体ATP合成、氧化还原酶活性以及转运蛋白活性来影响生物过程和细胞成分。
图 5 不同 DBDPE 处理组的平菇 DEG 的 GO 注释
图 6 不同 DBDPE 处理组平菇中 DEG 的 GO 富集分析
KEGG 富集分析表明（图7）能量代谢（氧化磷酸化）、全局代谢（碳代谢）和碳水化合物代谢（TCA循环）是平菇的主要代谢途径。如表1所示，与这些复合物相关的基因的表达均被下调，这表明电子传递减弱，氧化磷酸化可能受到 DBDPE 胁迫的抑制，从而减少了真菌的生长。它可能解释了对真菌生长的抑制以及平菇对 DBDPE 降解的减少。
表 1 分别暴露于 5 和 20 mg/L DBDPE 时平菇 DEGs 的主要KEGG富集途径。
图 7 不同 DBDPE 处理组平菇 DEG 的KEGG富集
三、研究结论
文章研究了暴露于 DBDPE 的 P. ostreatus的毒理学反应和转录组学变化。发现DBDPE能抑制真菌生长和ATP酶活性。而转录组学分析表明 DBDPE可通过下调NADH还原酶/脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、细胞色素-c还原酶/氧化酶、细胞色素C1蛋白和ATP合酶相关基因来抑制氧化磷酸化、TCA循环和碳代谢。这些发现有助于开发DBDPE 的生物降解体系。
参考文献
Toxicity evaluation of decabromodiphenyl ethane (DBDPE) to Pleurotus ostreatus: Oxidative stress, morphology and transcriptomics. Journal of Hazardous Materials , 2022.
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