食物相硒拮抗镉毒性与硒镉母体共传递效应及机制的研究

Dietary exposure route is the predominant route for the bioaccumulation of Se in animals. The antagonism of Se against Cd may be beneficial for the survival of organisms inhabiting in Cd-contaminated environments. The Se and Cd accumulated in the parental generation can be transferred to fertilized eggs and offspring via vitellogenin (i.e., maternal transfer). However, the effects and underlying mechanisms of the co-maternal transfer of Se and Cd in embryonic and larval fish have been rarely studied. Based on our earlier studies, the proposed work use Japanese medaka (Oryzias latipes) as a model organism to explore the protection of Se against Cd toxicity. The aims of this proposed work are to study the Se-Cd antagonism and underlying mechanisms, and to determine the dynamics of their co-maternal transfer in O. latipes. The Se-Cd antagonism is evaluated through the bioaccumulation, tissue and subcellular distribution. The effects and mechanisms of Se-Cd antagonism and co-maternal transfer will be examined, mainly focusing on the crucial functional proteins (e.g., selenoprotein, metallothionein, and vitellogenin etc.) at their transcriptional level, DNA damage, oxidative stress, and growth and reproduction. This research will provide not only deeper insights on the antagonistic effects of Se on Cd, the co-maternal transfer of Se-Cd in aquatic organisms, but technical support for the appropriate use of Se in animal nutrition and evaluation of the biological functions of Se in animals as well.

食物相硒是动物摄取硒的主要途径，硒进入生物体后可拮抗镉的毒性，这对镉污染环境下生物生存具有重要意义。硒或镉在亲代生物体内蓄积后，随着繁殖过程均可单独通过卵黄蛋白原进入到受精卵，并传递到子代体内。而目前有关硒-镉母体共传递动态过程及其对胚胎和幼鱼发育的生物效应还鲜有研究，其内在机制尚不清楚。针对这一问题，本项目在前期研究基础上，以模式生物日本青鳉鱼为研究对象，拟开展食物相硒拮抗镉毒性和硒-镉母体共传递效应及机制研究。研究从硒-镉蓄积、组织及亚细胞分布等方面来揭示硒对镉拮抗的过程与机理；从主要功能性蛋白（硒蛋白、金属硫蛋白和卵黄蛋白原等）及其基因水平变化、DNA损伤、氧化应激及生长发育繁殖等方面，深入解析硒对镉拮抗与硒-镉母体共传递的生物效应及内在机理。研究结果能深入揭示硒对镉拮抗和母体共传递过程及机制，为二者生物互作提供理论支撑，为硒的合理利用及其生物功能评价提供科学依据。

食物相硒是鱼类摄取硒的主要途径，硒在亲代蓄积后，通过卵黄蛋白原传递给子代，而镉作为一种毒性元素，对水生生物食物链传递研究尚为匮乏。本项目以淡水鱼类和饵料生物为研究对象，开展了硒和镉在饵料中的累积及生物效应，进而通过硒的食物链传递，探讨了食物相硒在鱼类亲代和子代的特征性毒理效应及致毒通路；其次对镉在饵料生物的累积和生物效应展开了深入分析。研究通过对主要功能性蛋白及其基因水平变化、DNA损伤、氧化应激及生长发育繁殖等方面的解析，阐明了硒和镉对水生生物镉营养级及食物链传递风险。研究成果主要包含如下几个方面：（1）综述了近年来硒在水生生物体内（特别是鱼类）的双重生物效应，以及影响硒双重生物效应的关键因素等；（2）通过对鱼类活饵料霍甫水丝蚓和大型蚤硒/镉吸收和毒代动力学研究，明确了饵料生物对硒和镉的吸收及生物效应，为筛选合适鱼类饵料奠定基础；（3）利用底栖动物为研究对象，在水/沉积物界面过程多因素调控基础上，探讨了底栖生物通过生物扰动作用对硒的沉积和释放作用，阐明了生物扰动对硒在该界面的流动和传递通量的关键因子；（4）补充了硒对本土野生鱼种麦穗鱼及南方水产品种罗非鱼累积及生物效应数据，对比了水相和食物相硒的生物累积和生物效应；（5）硒对亲代鱼类脑和神经系统及行为的研究较少，本研究结合靶向代谢组学、组织病理学和靶向转录终点与行为指标，评估了食物相硒对鱼类神经及行为模式的影响以及肠脑通路对肠道微生物群落稳态的影响；（6）最后，选用卵生鱼类淡水青鳉鱼及骨骼转基因青鳉鱼为研究对象，对卵生鱼类子代胚胎硒暴露的致畸风险和内在机制进行了阐述和分析，发现软骨发育相关基因上调，而硬骨发育相关基因和黑色素受体基因下调。综上，本研究对硒和镉的食物链传递以及母体传递过程进行了深入探讨，研究成果深化了硒和镉对水生生物及食物链传递中的累积和传递风险机理。