楊振東，王加生,,，唐莉莉，孫秀蘭，Kathy S. Xue

1. 江南大學(xué) 食品學(xué)院，無錫 214122 2. 美國佐治亞大學(xué) 環(huán)境健康科學(xué)系，佐治亞雅典 30602

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玉米赤霉烯酮暴露導(dǎo)致的秀麗隱桿線蟲生殖及發(fā)育毒性的世代間比較

楊振東1，王加生1,2,，唐莉莉1，孫秀蘭1，Kathy S. Xue2

1. 江南大學(xué) 食品學(xué)院，無錫 214122 2. 美國佐治亞大學(xué) 環(huán)境健康科學(xué)系，佐治亞雅典 30602

利用模式生物秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans, C. elegans)對(duì)玉米赤霉烯酮(zearalenone, ZEN)暴露導(dǎo)致的生殖、發(fā)育缺陷在世代間的可傳遞性進(jìn)行了研究。對(duì)親代染毒，后代斷毒恢復(fù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，ZEN暴露導(dǎo)致的體長(zhǎng)發(fā)育缺陷可在線蟲后代中得到恢復(fù)，而生殖毒性可產(chǎn)生嚴(yán)重缺陷，且這種缺陷在后代中沒有明顯的恢復(fù)。通過多代持續(xù)染毒實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)ZEN對(duì)親代P0、子一代F1和子二代F2線蟲產(chǎn)生的生殖和發(fā)育毒性存在差異，其毒性作用強(qiáng)度為P0 > F2 > F1。線蟲世代之間的發(fā)育缺陷和生殖缺陷表現(xiàn)出逐代修復(fù)的規(guī)律，但修復(fù)程度不同，推測(cè)與線蟲自身修復(fù)的復(fù)雜應(yīng)激活動(dòng)有關(guān)。

玉米赤霉烯酮；秀麗隱桿線蟲；生殖發(fā)育毒性；世代可傳遞性

玉米赤霉烯酮(zearalenone，ZEN)又被叫做F-2毒素，是由多種鐮刀菌產(chǎn)生的一種非類固醇結(jié)構(gòu)的真菌毒素[1-2]。我國多數(shù)地區(qū)雨量充沛，玉米、小麥等糧食作物在種植和儲(chǔ)存加工時(shí)均極易受到霉菌污染，進(jìn)而產(chǎn)生真菌毒素污染。2013年，季海霞等[3]對(duì)我國12省市飼料及飼料原料霉菌毒素污染狀況進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果表明，ZEN是我國原料和全價(jià)飼料中超標(biāo)率和檢出水平最高的真菌毒素之一。國內(nèi)外大量文獻(xiàn)證明，ZEN具有較強(qiáng)類雌激素作用[4]，而且除了對(duì)繁殖機(jī)能造成影響外，還具有肝毒性、腎毒性、免疫毒性、細(xì)胞毒性和遺傳毒性，且對(duì)腫瘤的發(fā)生也有一定影響[5-7]。為控制ZEN對(duì)人和動(dòng)物的危害，目前已有19個(gè)國家制定了食物中ZEN的限量標(biāo)準(zhǔn)，歐盟規(guī)定精煉玉米油中ZEN不得超過200 μg·kg-1[8]。我國規(guī)定人食用的小麥、小麥粉、玉米、玉米面中限量為60 μg·kg-1；飼料用玉米和配合飼料中ZEN限量為500 μg·kg-1。雖然文獻(xiàn)對(duì)ZEN毒性已經(jīng)有了很多研究報(bào)道，但是由于以往實(shí)驗(yàn)物種的局限性，ZEN導(dǎo)致的多種生物學(xué)毒性是否可以從暴露當(dāng)代傳遞到下一代，其可能機(jī)制是什么目前尚不清楚。

秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans, C. elegans)是一種國際公認(rèn)的模式生物。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、遺傳與發(fā)育背景清楚，生長(zhǎng)周期短、個(gè)體體積小、易于培養(yǎng)，對(duì)外界環(huán)境的變化非常敏感，在環(huán)境脅迫下秀麗線蟲會(huì)改變它們的生殖速度、生命周期以及其他發(fā)育特性[4,9]，非常適合用于特定毒素的相關(guān)毒理學(xué)評(píng)價(jià)。另外秀麗線蟲可以在土壤中存活，也可以在水中生存，因而被廣泛用于土壤[10-11]、水樣[12]等環(huán)境樣本中的外源毒素檢測(cè)。目前秀麗線蟲已經(jīng)成功應(yīng)用于重金屬[13-14]、有機(jī)污染物[15]、藥物[16]、納米材料[17]等毒性評(píng)價(jià)。這些外源環(huán)境污染物不僅可以導(dǎo)致人和動(dòng)物的急性或者慢性疾病，而且可能誘發(fā)毒性從暴露當(dāng)代傳遞到后代動(dòng)物中。秀麗線蟲的生活周期通常只有3～4 d，在針對(duì)世代間毒性可能傳遞問題的研究上具有先天優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)有研究數(shù)據(jù)已經(jīng)證明利用秀麗線蟲作為模式生物，納米材料量子點(diǎn)暴露導(dǎo)致的線蟲生殖腺和胚胎缺陷可以傳遞給線蟲后代[18]，另外納米銀也被證明暴露導(dǎo)致的毒害缺陷不僅可以傳遞到F1后代動(dòng)物，有些甚至可以傳遞到F2甚至F3代中[19]。

本研究利用線蟲生長(zhǎng)周期短的特點(diǎn)，采用身體長(zhǎng)度和后代數(shù)目作為評(píng)價(jià)指標(biāo)研究ZEN導(dǎo)致的發(fā)育和生殖毒性在線蟲暴露當(dāng)代和后代中的表現(xiàn)，從而分析ZEN毒性在世代間可能存在的可轉(zhuǎn)移性，為ZEN的生態(tài)環(huán)境安全性提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 試劑與線蟲品系

玉米赤霉烯酮購自于Sigma-Aldrich公司，純度99.9%。玉米赤霉烯酮粉末先高濃度溶解于二甲基亞砜(DMSO，購自Sigma-Aldrich公司，純度≥99.9%)制備成儲(chǔ)備液，然后稀釋為實(shí)驗(yàn)分析使用的3種濃度溶液，10 mg·L-1、40 mg·L-1和80 mg·L-1。

秀麗線蟲(Caenorhabditis elegans, C. elegans)品系為野生型N2和綠色熒光蛋白融合表達(dá)dpy-31轉(zhuǎn)基因品系，購買于國際線蟲遺傳中心(CGC)。綠色熒光基因標(biāo)記于綠色熒光蛋白融合表達(dá)dpy-31轉(zhuǎn)基因品系線蟲dpy-31基因片段，伴隨蝦紅素-金屬鋅蛋白表達(dá)，在發(fā)育過程的上皮細(xì)胞表達(dá)強(qiáng)烈，遇到外界刺激時(shí)，也可表達(dá)于腸道和神經(jīng)組織[20]。有研究證明dpy-31基因的表達(dá)程度與ZEN暴露成濃度依賴關(guān)系(數(shù)據(jù)未給出)。線蟲儲(chǔ)備培養(yǎng)使用含有大腸桿菌OP50的線蟲生長(zhǎng)瓊脂培養(yǎng)基[21]。線蟲測(cè)試指標(biāo)培養(yǎng)使用含OP50的液體培養(yǎng)基L-brot[22]。所有線蟲培養(yǎng)均在20 ℃條件下進(jìn)行。

1.2 暴露方法

秀麗線蟲N2被分作2組(Group 1和Group 2)進(jìn)行培養(yǎng)和指標(biāo)測(cè)定，如圖1所示。每組線蟲均有1個(gè)對(duì)照組和3個(gè)暴露組。Group 1中除當(dāng)代線蟲(P0)染毒外，后代線蟲(F1和F2)均在不含ZEN的L-broth中培養(yǎng)繁殖，而Group 2中，三代線蟲均從L2時(shí)期進(jìn)行ZEN暴露。

1.3 體長(zhǎng)的測(cè)定

將L2期幼蟲轉(zhuǎn)移到含有L-broth的細(xì)胞培養(yǎng)板中，培養(yǎng)板每孔中為含1 mL特定ZEN濃度(0，10，40，80 mg·L-1)的L-broth溶液。每孔放入100條線蟲，暴露72 h，使用10%福爾馬林溶液處死線蟲，在生物顯微鏡下觀察并拍照。使用Image-Pro?Express software軟件測(cè)量線蟲體長(zhǎng)。每個(gè)濃度組設(shè)3個(gè)平行組，每組20條線蟲。

1.4 后代數(shù)目的測(cè)定

將L4期幼蟲轉(zhuǎn)移含有L-broth的細(xì)胞培養(yǎng)板中，每條線蟲1個(gè)孔，暴露72 h，使用10%福爾馬林溶液處死線蟲，在生物顯微鏡下記錄后代數(shù)目。

1.5 轉(zhuǎn)基因品系線蟲熒光測(cè)定

對(duì)轉(zhuǎn)基因品系線蟲的ZEN暴露處理如1.4描述。線蟲暴露72 h后，將活體線蟲盛放與載玻片中使用激光共聚焦顯微鏡(Zeiss-510)觀察。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果均用SPSS 16.0軟件進(jìn)行分析。應(yīng)用ONEWAY-ANOVA檢驗(yàn)方法對(duì)數(shù)據(jù)間進(jìn)行組間差異顯著性分析。P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。實(shí)驗(yàn)結(jié)果以均值和標(biāo)準(zhǔn)差的形式給出，每組實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)3次。

2 結(jié)果(Results)

2.1 ZEN暴露導(dǎo)致的發(fā)育缺陷可在子代中恢復(fù)

通過觀察測(cè)量線蟲的身體長(zhǎng)度和形狀考察玉米赤霉烯酮對(duì)線蟲生長(zhǎng)發(fā)育的影響。親代線蟲P0在玉米赤霉烯酮影響下，處理組成蟲體長(zhǎng)相較于對(duì)照組明顯變短，隨著ZEN濃度增加，身體長(zhǎng)度成線性減短，表現(xiàn)出顯著的濃度依賴效應(yīng)(圖2)。在Group 1中的后代線蟲F1和F2在沒有ZEN暴露下，子一代F1即恢復(fù)了正常體長(zhǎng)，但是這種身體復(fù)原在子二代中依然存在，甚至在子二代中，40 mg·L-1暴露組的F2代線蟲體長(zhǎng)顯著高于對(duì)照組，其他2組雖沒有顯著差距但體長(zhǎng)也略高于對(duì)照組。并且從身體形狀看，親代染毒ZEN的子代，不但長(zhǎng)度會(huì)優(yōu)于對(duì)照組，而且身體寬度也明顯增加，使暴露組的后代F1、F2看上去比對(duì)照組強(qiáng)壯(圖4)。

圖1 秀麗線蟲及其后代多代玉米赤霉烯酮(ZEN)染毒分組培養(yǎng)示意圖Fig. 1 Diagram of the steps for the toxicity test with multi-exposures to zearalenone (ZEN) in different generations of C. elegans

圖2 Group 1中不同組別ZEN暴露下秀麗線蟲及其后代的體長(zhǎng)比率對(duì)比注：a，b，c組的親代線蟲(P0)ZEN暴露濃度分別為10、40、80 mg·L-1，子代線蟲(F1和F2)不染毒。體長(zhǎng)比率由暴露組線蟲體長(zhǎng)與對(duì)照組線蟲體長(zhǎng)比較得到。*P<0.05，**P<0.01。Fig. 2 Comparison of developmental defects in ZEN exposed C. elegans and there offsprings in Group 1Note: The ZEN exposed concentrations in group a, b, c for first generation P0 were 10, 40, 80 mg·L-1 respectively. F1 and F2 were treated without ZEN. The growth rate is obtained by the body length in treated group compared to control group. *P<0.05, **P<0.01.

圖3 Group 2中不同濃度ZEN暴露下秀麗線蟲及其后代的體長(zhǎng)比率對(duì)比注：體長(zhǎng)比率由暴露組線蟲體長(zhǎng)與對(duì)照組線蟲體長(zhǎng)比較得到。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。Fig. 3 Comparison of developmental defects in ZEN exposed C. elegans and there offsprings in Group 2Note: The growth rate is obtained by the body length in treated group compared to control group. *P<0.05，**P<0.01, ***P<0.001.

圖4 不同ZEN處理下秀麗線蟲及其后代的形態(tài)對(duì)比 (標(biāo)尺100 μm)注：圖A中a，b，c組親代線蟲(P0)ZEN暴露濃度為10, 40, 80 mg·L-1，子代線蟲(F1，F(xiàn)2)不染毒。Fig. 4 Comparison of C. elegans morphology in different ZEN groups (Scale bars, 100 μm)Note: The ZEN exposed concentration in group a, b, c for first generation P0 were 10, 40, 80 mg ·L-1 in Fig.A. Fl and F2 were treated without ZEN in Fig.A.

2.2 ZEN暴露可導(dǎo)致線蟲子代產(chǎn)生體長(zhǎng)發(fā)育代償作用

Group2 中的后代線蟲F1和F2繼續(xù)暴露于同濃度ZEN中，其成蟲的身體長(zhǎng)度雖然依然比對(duì)照組要短小，但其受ZEN的影響已經(jīng)顯著減弱。P0親代線蟲中不同暴露濃度組線蟲體長(zhǎng)與對(duì)照組對(duì)比均有顯著差距，而F1代線蟲中，這種差異減弱，顯然后代線蟲出現(xiàn)了對(duì)ZEN生殖缺陷毒性的抵抗性。但是在F2代線蟲中，10 mg·L-1和40 mg·L-1暴露組的線蟲反而比第一代線蟲體長(zhǎng)缺陷更加嚴(yán)重，體寬和體長(zhǎng)都明顯減少，僅僅80 mg·L-1ZEN暴露組線蟲身體長(zhǎng)度異變?yōu)樘貏e顯著地長(zhǎng)于對(duì)照組(圖3和圖4)。

2.3 ZEN暴露導(dǎo)致的世代間可傳遞的生殖缺陷

ZEN暴露可以導(dǎo)致線蟲后代數(shù)目的明顯減少，并且有明顯的劑量依賴效應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)中，80 mg·L-1暴露組線蟲后代數(shù)目較之對(duì)照組減少可達(dá)60%以上(圖5)。停止染毒后，線蟲的生殖能力缺陷在F1和F2中可見部分恢復(fù)，但3個(gè)暴露組F1代線蟲依然全部表現(xiàn)出明顯生殖能力減弱，F(xiàn)2代線蟲仍可以表現(xiàn)出缺陷，特別是40 mg·L-1和80 mg·L-1暴露的子二代線蟲仍然有顯著的生殖能力減弱。這說明ZEN可導(dǎo)致的秀麗線蟲產(chǎn)生嚴(yán)重的生殖缺陷并且這種缺陷可傳遞給下一代。在子代中線蟲生殖缺陷僅可以得到部分恢復(fù)，高劑量ZEA暴露組的線蟲生殖缺陷沒有明顯恢復(fù)。

圖5 Group 1中不同組別ZEN暴露下秀麗線蟲及其后代的后代數(shù)目比率對(duì)比注：a，b，c組的親代線蟲(P0)ZEN暴露濃度分別為10、40、80 mg·L-1，子代線蟲(F1和F2)不染毒。后代數(shù)目比率由暴露組線蟲后代數(shù)目與對(duì)照組線蟲后代數(shù)目比較得到。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。Fig. 5 Comparison of reproductive defects in ZEN exposed C. elegans and there offsprings in Group 1Note: The ZEN exposed concentrations in group a, b, c for first generation P0 were 10, 40, 80 mg·L-1 respectively. F1 and F2 were treated without ZEN. The brood size rate is obtained by the brood size in treated group compared to control group. *P<0.05，**P<0.01, ***P<0.001.

圖6 Group 2中不同濃度ZEN暴露下秀麗線蟲及其后代的后代數(shù)目比率對(duì)比注：后代數(shù)目比率由暴露組線蟲后代數(shù)目與對(duì)照組線蟲后代數(shù)目比較得到。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001。Fig. 6 Comparison of reproductive defects in ZEN exposed C. elegans and there offsprings in Group 2Note: The brood size rate is obtained by the brood size in treated group compared to control group. *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001.

2.4 ZEN暴露可使線蟲子代產(chǎn)生生殖能力的代償作用

在Group 2中，F(xiàn)1代線蟲的后代數(shù)目較之自己的親代P0都有所增加，雖然依然受ZEN暴露影響后代數(shù)目同對(duì)照組比較明顯減少，但如圖6中所示暴露劑量依賴效應(yīng)已經(jīng)不明顯。F2代線蟲對(duì)ZEN暴露更加敏感，后代數(shù)目較之對(duì)照組大幅度減少，并且40 mg·L-1和80 mg·L-1暴露組線蟲的劑量依賴性又進(jìn)一步減弱。值得注意，F(xiàn)2代40 mg·L-1和80 mg·L-1暴露組線蟲線蟲表現(xiàn)出比親代更加明顯的生殖缺陷，而10 mg·L-1暴露組三代線蟲后代數(shù)目并沒有明顯差異。

2.5 轉(zhuǎn)基因品系線蟲熒光表達(dá)結(jié)果

本研究使用綠色熒光蛋白融合表達(dá)dpy-31轉(zhuǎn)基因品系線蟲，觀察線蟲對(duì)ZEN暴露的應(yīng)激反應(yīng)。如圖7所示，對(duì)照組線蟲體內(nèi)綠色熒光僅表達(dá)在胚胎表面，且表達(dá)強(qiáng)烈，顯示線蟲正?；钴S的生殖能力。而暴露組線蟲，胚胎不但數(shù)目減少，綠色熒光強(qiáng)度也隨暴露濃度增減而逐漸減弱，顯示胚胎發(fā)育能力降低，完全沒有熒光表達(dá)的胚胎可能已經(jīng)死亡。并且隨著暴露濃度增加，腸道和神經(jīng)組織的綠色熒光表達(dá)逐漸強(qiáng)烈，顯示線蟲已經(jīng)對(duì)ZEN暴露產(chǎn)生了應(yīng)激反應(yīng)。

3 討論(Discussion)

環(huán)境毒素暴露所誘發(fā)的毒性在世代間可能存在可傳遞的特性，但是受限于模式動(dòng)物的生命周期，目前所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)大多基于染毒動(dòng)物的子一代F1性狀進(jìn)行分析。由于秀麗隱桿線蟲的僅僅3 d的生命周期，在秀麗線蟲中進(jìn)行世代傳遞毒性研究可以在短時(shí)間追蹤F1后代表現(xiàn)甚至F2、F3后代線蟲的表現(xiàn)[19]。本實(shí)驗(yàn)利用秀麗線蟲的短生命周期，進(jìn)行多代線蟲染毒ZEN實(shí)驗(yàn)。Yang等[9]在試驗(yàn)中證明ZEN可以使秀麗線蟲產(chǎn)生身體長(zhǎng)度縮短、寬度減小的生長(zhǎng)缺陷和后代數(shù)目減少的生殖缺陷。而對(duì)于ZEN生殖毒性的傳遞性，有研究報(bào)道給懷孕母豬口服ZEN染毒，結(jié)果顯示ZEN可以通過胚胎將毒性傳遞給子代，從而導(dǎo)致子代生殖功能受損[23]。但是依然缺乏數(shù)據(jù)證明ZEN生殖發(fā)育毒性是否可以在其他物種中進(jìn)行世代間傳遞以及調(diào)控機(jī)制。

線蟲的生長(zhǎng)發(fā)育通常用體長(zhǎng)和體寬來評(píng)價(jià)。體長(zhǎng)增長(zhǎng)體現(xiàn)發(fā)育是否正常，體寬表現(xiàn)出發(fā)育快慢。ZEN進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)后，不論ZEN還是其代謝產(chǎn)物都可以通過肝腸循環(huán)在體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)和積累從而繼續(xù)發(fā)揮毒性作用[24]。本實(shí)驗(yàn)中，不論低濃度或高濃度ZEN均可對(duì)親代秀麗線蟲P0生長(zhǎng)產(chǎn)生顯著的抑制，P0線蟲的體長(zhǎng)隨ZEN濃度的增加而表現(xiàn)出線性縮短。從圖4中也可看出，暴露組線蟲的體寬也出現(xiàn)了明顯的變窄，說明ZEN阻礙線蟲正常生產(chǎn)，延遲發(fā)育時(shí)間。ZEN可以使線蟲體長(zhǎng)變異為短細(xì)型。但是體長(zhǎng)和體寬的缺陷在不染毒的情況下，可以在代際間逐步恢復(fù)。暴露組的子代線蟲身體發(fā)育缺陷在子一代F1即可恢復(fù)，子二代甚至出現(xiàn)高劑量組身長(zhǎng)高過對(duì)照組現(xiàn)象，提示隨著ZEN暴露的結(jié)束，線蟲自身的機(jī)體代償作用可以修復(fù)最初的組織損傷從而恢復(fù)身體形態(tài)。但是這種代償作用可能會(huì)保持并且傳遞給下一代，并可在ZEN的不斷刺激下得到加強(qiáng)(圖3)。這種代償作用在Group 2的多代染毒實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證：ZEN對(duì)Group 2中P0、F1和F2產(chǎn)生的發(fā)育毒性存在差異，這種差異并不是表現(xiàn)為逐代恢復(fù)，而是毒性作用強(qiáng)度為P0>F2>F1。Group 2中的F1代線蟲體長(zhǎng)均長(zhǎng)于同組P0線蟲，說明親代的代償作用傳遞給后代，使子代線蟲產(chǎn)生了對(duì)ZEN的抗性[25]。在ZEN高濃度80 mg·L-1暴露組，F(xiàn)2代線蟲身體長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)照組，說明代償作用過度也可能導(dǎo)致發(fā)育畸形。這些均說明ZEN可導(dǎo)致線蟲的身體發(fā)育畸形，線蟲對(duì)ZEN發(fā)育毒性可產(chǎn)生代償作用，這種代償作用可在世代間傳遞并有可能導(dǎo)致致畸性。這種代償作用同樣可以在ZEN對(duì)線蟲生殖能力的影響中找到(圖6)，但是并不明顯。后代數(shù)目是評(píng)價(jià)秀麗線蟲生殖能力的重要指標(biāo)。作為一種廣為人知的類雌性激素，ZEN暴露可以導(dǎo)致線蟲后代數(shù)目的顯著減少。ZEN對(duì)于生殖能力的抑制作用，即使在不染毒的子一代和子二代中依然可以顯著存在。這可以解釋為雖然線蟲自身的代謝補(bǔ)償使線蟲生殖系統(tǒng)組織病理變化得到恢復(fù)，但是毒性影響不能消除，即使到F2代，40 mg·L-1組和80 mg·L-1子代線蟲生殖能力依然與對(duì)照組有顯著性差異。比較重要的是不論是體長(zhǎng)缺陷還是生殖缺陷，高濃度組的子代線蟲比中低濃度組的線蟲恢復(fù)速度要快，恢復(fù)能力要強(qiáng)，說明線蟲對(duì)ZEN產(chǎn)生的自我修復(fù)代償作用有濃度依賴性。不同于體長(zhǎng)缺陷在子一代線蟲中即得到顯著恢復(fù)，生殖缺陷在子二代線蟲中依然顯著存在。這種對(duì)不同毒性的不同敏感性可能是因?yàn)樾沱惥€蟲的亞細(xì)胞水平以及個(gè)體水平等多方面的因素都可導(dǎo)致毒性效應(yīng)，而不同生物效應(yīng)產(chǎn)生的復(fù)雜性導(dǎo)致毒性評(píng)價(jià)指標(biāo)之間存在敏感程度的差異[26]。

圖7 綠色熒光蛋白融合表達(dá)dpy-31轉(zhuǎn)基因品系標(biāo)記蝦紅素-金屬鋅蛋白在ZEN暴露線蟲中的表達(dá)(標(biāo)尺表示50 μm)Fig. 7 Expression of green fluorescent protein in astacin zinc-metalloprotease in ZEN exposed modified gene dpy-31 strain (Scale bars, 50 μm)

停止染毒后，ZEN誘發(fā)的生殖缺陷和發(fā)育缺陷隨著世代的延續(xù)逐漸恢復(fù)，但是恢復(fù)程度不同。ZEN引起的發(fā)育缺陷可以在子代中得到部分恢復(fù)，生殖缺陷在子代中沒有明顯恢復(fù)。生殖缺陷和發(fā)育缺陷在秀麗線蟲的后代中恢復(fù)程度和恢復(fù)速度不同，這種現(xiàn)象一方面可能因?yàn)閆EN在親代和后代中產(chǎn)生的生殖和發(fā)育缺陷應(yīng)激部位和強(qiáng)度不同，另一方面可能是因?yàn)楸┞兜挠H代和后代對(duì)ZEN的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)存在不同[27-28]。

有數(shù)據(jù)表明環(huán)境毒物所致毒性可以在世代間傳遞很大程度歸因于后代動(dòng)物的嚴(yán)重應(yīng)激[29]。ZEN誘發(fā)生殖和發(fā)育缺陷可以在線蟲世代間傳遞，說明ZEN可以誘發(fā)線蟲嚴(yán)重應(yīng)激反應(yīng)，即身體組織的代償作用。圖7中，不同濃度的ZEN暴露顯示線蟲產(chǎn)生應(yīng)激的反應(yīng)部位和程度不同，這說明線蟲對(duì)外界刺激的適應(yīng)響應(yīng)形成極有可能是基于對(duì)于動(dòng)物應(yīng)激反應(yīng)的調(diào)控。另外有研究表明環(huán)境毒物導(dǎo)致的毒性反應(yīng)可以在世代間傳遞，也有可能是由于毒物在暴露目標(biāo)體內(nèi)，特別是后代胚胎中的富集導(dǎo)致。對(duì)大鼠孕期胎盤轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)證明，孕鼠口服或者皮下注射ZEN(0.74 mg·kg-1b.w.) 4 h后，可以發(fā)現(xiàn)胎鼠中存在有氚標(biāo)記過的ZEN，但沒有明顯的聚集區(qū)域，這表明孕期攝入ZEN后可以通過胎盤進(jìn)入胎鼠體內(nèi)[30]。因此可以推測(cè)線蟲胚胎在母體中發(fā)育過程中已經(jīng)受到ZEN的影響，對(duì)其生殖系統(tǒng)造成危害，毒性效應(yīng)的傳遞可能很大程度上是胚胎中ZEN毒性的沉積引起的[24,31]。這種現(xiàn)象在圖7中也有表現(xiàn)：ZEN干預(yù)會(huì)減弱熒光在胚胎中表達(dá)。因而由此推斷由于這種毒性的沉積傳遞，身體的應(yīng)激反應(yīng)也因此傳遞給下一代。

總之，ZEN暴露可以引起秀麗隱桿線蟲發(fā)育和生殖能力的缺陷，并且這種缺陷具有世代間可傳遞的特性。這也是首次證實(shí)了ZEN對(duì)于秀麗線蟲生殖能力的影響是長(zhǎng)期的。但是這種可傳遞毒性尚不能歸于遺傳學(xué)意義的“遺傳”，因?yàn)閆EN暴露引起的缺陷仍然可以恢復(fù)或部分恢復(fù)。這種世代間可傳遞的機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。

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Transgenerational Comparison of Developmental and Reproductive Toxicities in Zearalenone Exposed Caenorhabditis Elegans

Yang Zhendong1, Wang Jia-Sheng1,2,*, Tang Lili1, Sun Xiulan1, Kathy S. Xue2

1. School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China 2. Department of Environmental Health Science, University of Georgia, Athens 30602, USA

Received 29 February 2016 accepted 9 March 2016

This study used model organism Caenorhabditis elegans (C. elegans) to investigate transgenerational developmental and reproductive toxicities among zearalenone (ZEN)-exposed parents and their progeny. ZEN exposure caused developmental and reproductive toxicities in both parent and progeny C. elegans. The phenotypic defects in un-exposed progeny animals could only be partially or very slightly rescued. Moreover, toxic effects among three exposed generations (P0, F1, and F2) were significantly different with the most severe defects found in F2 progeny, suggesting a successive deterioration or recovery for the transgenerational toxic effects, which may relate to the complex stress reaction resulted from ZEN exposure in C. elegans.

zearalenone; C. elegans; developmental and reproductive toxicities; transgenerational effects

國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項(xiàng)目(u1301214)

楊振東(1986-)，女，博士，研究方向?yàn)檎婢舅囟拘詸z測(cè)，E-mail: zdyang777@163.com

*通訊作者(Corresponding author)， E-mail: jswang@uga.edu

10.7524/AJE.1673-5897.20160229003

2016-02-29 錄用日期：2016-03-09

1673-5897(2016)4-061-08

X171.5

A

簡(jiǎn)介：王加生(1955-)，男，分子流行病學(xué)博士，長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授，主要從事生物毒素分子生物標(biāo)志物研究

楊振東, 王加生, 唐莉莉, 等. 玉米赤霉烯酮暴露導(dǎo)致的秀麗隱桿線蟲生殖及發(fā)育毒性的世代間比較[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2016, 11(4): 61-68

Yang Z D, Wang J S, Tang L L, et al. Transgenerational Comparison of Developmental and Reproductive Toxicities in Zearalenone Exposed Caenorhabditis Elegans [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2016, 11(4): 61-68 (in Chinese)