稀土的基因诱变特性及其诱变机理研究

随着稀土在农业、畜牧业、工业及生物医学上的广泛使用，稀土元素的生物安全性成为人们关注的重要课题。申请者的前期研究结果发现：某些稀土离子具有基因诱变的特性，稀土离子是一种基因诱变剂。本课题的研究目的就是以细菌α-淀粉酶基因为遗传标记，从DNA分子水平探索稀土的基因诱变特性及其诱变机理。将从稀土离子导致基因突变的可能原因-直接作用或间接作用两个方面着手研究：①通过稀土离子对DNA复制底物dNTP、DNA聚合酶及DNA模板的影响，来确定是否存在稀土的直接诱变作用；② 通过检测细菌细胞内的脂质过氧化、抗氧化能力、DNA分子中的8-羟基鸟嘌呤，来判断是否存在稀土的间接诱变作用。这些问题是目前十分有意义而且急需解决的问题。而且以原核生物为实验材料来研究稀土的诱变性及其诱变机理是较理想的材料，可能会有一些突破性进展。研究结果将会揭示稀土生物学效应和机理，为稀土在农业、畜牧业、生物医学上的安全应用提供参考

本项目的研究目的是以原核生物细菌为材料，探索稀土的基因诱变特性及其诱变机理。研究内容从稀土离子导致基因突变的可能原因——直接作用或间接作用两个方面着手研究。研究成果如下：.1.在PCR反应体系中加入La3+、Gd3+和Er3+来研究其对Taq DNA聚合酶聚合活性的影响。实验结果为La3+和Gd3+对Taq DNA聚合酶的聚合活性是低浓度具有促进作用，高浓度呈现抑制；Er3+只有抑制作用且较强；PCR反应产物序列有多处碱基发生错配；圆二色谱测定TaqDNA聚合酶的二级结构，低浓度的稀土离子能引起Taq酶α-螺旋含量的增加，而高浓度稀土离子引起酶α-螺旋含量的降低。2. Nd3+和Er3+ 对过氧化氢酶的作用效果相似，均表示出“低促高抑”现象。Gd3+对过氧化氢酶仅具有抑制作用，浓度越高，抑制作用越强。La3+对过氧化氢酶活性具有激活作用。3. Nd3+对过氧化物酶活具有“低促高抑”作用。而Er3+、Gd3+和La3+这三种均对过氧化物酶活性呈现抑制作用。4.稀土对枯草芽孢杆菌的超氧阴离子自由基（O2 -•）的含量有明显增加作用，Nd3+ 、Er3+ 和Gd3+ 较La3+ 的毒性作用强。5.稀土对羟自由基（OH•）含量也有明显的影响作用；低浓度稀土可使OH•含量下降，稀土对细胞的OH•毒性具有降低作用。低浓度的La3+ 的这种解毒作用明显高于Nd3+ 、Er3+ 和Gd3+。6.微量的稀土Nd3+可导致枯草杆菌的8-OH-dG含量升高。.稀土离子导致基因突变的可能原因——直接作用或间接作用两个方面的研究结果说明了稀土对枯草杆菌的DNA具有损伤作用。这个研究结果在稀土的生物安全性，稀土元素的致癌、致畸和致突变作用方面具有意义，有力的证明了稀土元素具有致癌、致畸和致突变作用。