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“生态毒理与健康风险”研究团队张效伟教授研究组
在化学品毒理基因组学 “高通量测试”研究方向取得进展

       近日环境学科国际权威期刊Environmental Science & Technology在线发表了我院张效伟教授课题组在开发基于斑马鱼模型的化学品毒理基因组学研究技术的最新进展(DOI: 10.1021/acs.est.7b04073)。
       预测毒理学的使命是要解决人类正在使用(和将要使用)的成千上万种化学物质的毒害性测试和环境风险评估问题。为预测化学物质对生命的不同阶段,和生物不同组织、器官可能存在的短期和长期效应,从基本生命活动的分子生物学通路上识别出合成化学物质的干扰效应和强力(potency)在现代毒理学被认为是解决问题的关键。毒理基因组学测试技术(如转录组)能够检测化学品在全基因组范围内引起的生物响应,被寄予厚望。然而,目前尚没有一套“标准化”的毒理基因组学测试方法,并且由于成本高昂,传统的毒理基因组学测试通常只检测少数样品和浓度范围。
       “简化转录组”提供了一种高效经济的转录组测试替代策略。近年来,美国国家计算毒理学研究中心(NCCT)在毒理学21世纪研究计划(TOX21)中斥资数10亿开发高通量化学品毒性评估测试方法。目前开发基于TempoSeq靶向测序技术的高通量“简化转录组”化学品测试技术,以获多细胞多组织和模式生物全局表达谱响应,来“批量”预测化学品的毒性效应。TempoSeq靶向测序技术测试1500个人类关键基因(S1500)组成的“简化转录组”。但是,S1500基因集仍在构建中,已有的文献显示,TempoSeq技术目前尚有诸多局限。
       本研究团队在前期科技部863化学品项目课题组的基础上,重点投资了化学品毒理基因组学测试技术的研发。建立了通过挑选少部分关键基因,捕获在全转录组尺度下分子生物通路变化的“简化转录组”技术。采用Ampliseq靶向测序策略,先后开发了基于人类细胞 (RHT)和斑马鱼胚胎(RZT)的化学品高通量测试技术。其中人类简化转录组测试技术(reduced human transcriptome, RHT)在复合污染毒性识别与水质评价中的应用于2017年7月发表Environ Sci Technol 51 (16), 9318-9326)。
       EST此次报道的是一套标准化的基于斑马鱼模型的化学品简化转录组测试与评价技术。本研究1)建立了由1637个斑马鱼基因组成的斑马鱼简化基因集,覆盖了95%以上的生物学通路,2)组建了一套斑马鱼简化转录组测试管道(pipeline),将梯度稀释的化学品暴露于32小时受精的斑马鱼胚胎,使用RNA扩增子测序技术检测1637个斑马鱼基因的转录表达,根据各基因的浓度-效应关系计算基因水平的效应浓度,再通过“基因匹配”计算生物学通路水平的效应浓度。实验结果证明,斑马鱼简化转录组能够定量地识别单化学品(双酚A)及环境样品(4种水样)的低浓度敏感生物响应通路,并与其表型毒性一致。结果显示“简化转录组”斑马鱼模型可以应用于大量化学品毒性识别,还可以定量地区分不同环境水样的毒性潜力。审稿专家对论文质量充分肯定,认为该研究会对毒理学领域产生影响 (This is a well written paper which I believe will be influential in toxicology based fields. It was descriptive, well validated and informative. This work will help with reduce the enormous amount of potentially unnecessary, and often unexplored, data arising from the RNAseq movement).
       博士研究生王萍萍和夏普是该论文的共同第一作者,通讯作者为张效伟教授;共同作者包括杨江华助理研究员,研究生王志浩,彭颖助理研究员,史薇副教授,Daniel L. Villeneuve博士,和于红霞教授。
       研究受欧盟第七框架计划(FP7,Framework Framework7) Solution项目和国家自然科学基金资助(Grant No. 21322704)。夏普受南京大学优秀博士研究生创新能力提升计划B项目(201701B018)资助。

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