《海洋所在水母毒素致死机制研究方面获新进展》

  • 来源专题:中国科学院亮点监测
  • 编译者: yanyf@mail.las.ac.cn
  • 发布时间:2019-01-10
  • 日前,美国化学会(ACS)出版的蛋白质组学研究领域Top期刊Journal of Proteome Research 以封面文章形式刊发了中国科学院海洋研究所李鹏程研究团队在水母毒素致死机制研究领域取得的重要进展,该研究结果为研制水母蜇伤治疗药物以及应对重症水母蜇伤患者的急救提供理论指导。

    水母蜇伤是全球普遍存在的严重的公共健康与安全问题之一。每年由水母蜇伤引起的致伤或致残甚至死亡人数众多,严重威胁滨海地区的游客、渔民、军人等涉海人员的健康和生命安全。近几年在我国北戴河、营口、大连、威海、青岛等沿海出现多起水母蜇伤致死事件。然而,目前我国尚无应对水母蜇伤治疗和应急的特效治疗药物,对水母蜇伤造成的毒性损伤和致死原因也不甚明了。

    为揭示水母蜇伤机理和毒素致死机制以及研制水母蜇伤治疗药物,李鹏程研究团队以白色霞水母毒素为研究对象,运用毒理学和病理学分析方法,结合蛋白质组学技术和生物信息学分析以及实验验证等方法,深入研究了水母毒素毒性作用及致死机制。结果表明,该水母毒素可造成血液及心脏、肝脏、肾脏等多器官损伤;其中,急性心肌梗死、严重心率和血压降低等心脏毒性作用是造成水母毒素中毒身亡最重要的原因。另外,通过进一步研究表明,水母毒液中的金属蛋白酶类毒素在致死过程中所起的作用不可忽视。该研究结果可为应对重症水母蜇伤患者的急救及研制水母蜇伤治疗药物提供科学的理论指导。

      文章第一作者为李荣锋博士,研究得到国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目资助。

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    • 编译者:yanyf@mail.las.ac.cn
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    •         日前,美国化学会(ACS)出版的农业领域Top期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry以封面文章形式刊发了中国科学院海洋研究所李鹏程研究员团队在海洋多糖、寡糖调控小麦碳氮代谢研究领域取得的重要进展,研究结果为壳聚糖、壳寡糖作为新型生物刺激素的深度开发奠定了理论基础。         小麦是我国主要粮食作物,如何提高小麦产量及抗病害能力是农业领域的重大课题。该论文报道了来源于虾、蟹等甲壳动物外壳的壳聚糖,经水解得到壳寡糖。壳寡糖不但可以激活植物的固有免疫来抵抗病害,还可以促进植物的生长发育,具有巨大的应用开发潜力。然而,由于水解得到的壳寡糖聚合度不确定,很难明确具体哪些活性寡糖分子在发挥作用,信号转导途径及代谢调控机制也不甚明了。   为揭示壳寡糖促进植物生长的构效关系及代谢调控机制,李鹏程研究团队在国内外率先分离纯化出多种高纯化的单一聚合度壳寡糖单体,并进一步通过多组学手段深入研究了小麦对不同聚合度壳寡糖单体的代谢响应机制。研究表明,壳寡糖可以促进小麦PSⅡ放氧复合体的组装,提高光能利用率,进而提高小麦的光合作用;同时,壳寡糖促进小麦碳氮代谢、激发小麦生物胁迫和非生物胁迫应答,WAK、CCaMK、PI-PLC等可能参与了壳寡糖信号在植物细胞内的识别与转导;另外,WRKY51、NAC4等转录因子以及miR156、miR159a、miR164、miR171a、miR167c、miR319和miR1127等miRNAs也参与了壳寡糖对小麦生长发育的调控。本研究为壳聚糖、壳寡糖作为新型生物刺激素的深度开发奠定了理论基础。   文章第一作者为张小倩博士,研究得到了国家自然科学基金、山东省重点研发计划项目、国家海洋公益专项和青岛海洋科学与技术国家实验室科技创新专项项目资助。         近年来,李鹏程研究员团队已在Journal of Agricultural and Food Chemistry、Frontiers in Plant Science、Carbohydrate Polymers等JCR一区刊物发表了一系列有关海洋生物多糖作为生物刺激素激发植物抗性、促进植物生长等方面的原创性成果,展示出中国科学院海洋研究所在利用海洋生物资源应用于陆地农业领域的国际前沿地位。
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    • 编译者:季雪婧
    • 发布时间:2024-04-26
    • 该研究针对小麦赤霉病大流行及其造成的严重真菌毒素污染问题,以及小麦抗赤霉病种质资源匮乏现状,通过在微生物中鉴定赤霉病毒素高效脱毒代谢路径,并利用遗传转化、分子生物学、生物化学等方法,解析微生物来源的毒素脱毒基因显著提高小麦抗赤霉病毒素积累的作用及机制,为小麦抗赤霉病毒素生物育种及毒素源头防控提供了新的基因资源和更有效的策略。 赤霉病是由病原镰刀菌引起的全球性真菌病害,是目前影响我国小麦高产稳产的首要病害。小麦中抗赤霉病种质资源匮乏,抗病机理复杂,严重阻碍了抗病育种进程。赤霉病的大流行,不仅造成粮食减产,同时导致严重的镰刀菌毒素污染问题,威胁食品和饲料安全。已知的小麦赤霉病菌,都能产生对人、畜有毒的镰刀菌毒素。其中,脱氧雪腐镰刀菌烯醇(Deoxynivalenol,DON),俗称呕吐毒素,是小麦及其制品中最主要的真菌毒素。基于酶催化的C3-异构化是目前已知消除DON毒素危害最为彻底的方式。同时,DON毒素作为关键毒力因子,是镰刀菌在小麦中扩展性侵染所必须的。因此,DON 毒素可作为控制赤霉病的关键靶点,而毒素脱毒基因是具有直接应用价值的抗赤霉病基因资源。 该研究首先通过对高效脱毒菌Devosia sp. D6-9基因组分析,鉴定了参与DON毒素异构化脱毒的完整代谢路径。通过计算机模拟和位点突变,揭示了脱毒酶通过严格立体选择实现DON异构化的潜在分子机制。毒性分析结果表明,DON毒素异构化脱毒产物3-异构-DON对小麦没有明显毒性,且不能作为毒力因子促进镰刀菌在小麦中的扩展。 进一步研究发现,在小麦中同时表达细菌中参与异构化脱毒两步反应的基因,能够显著提高小麦抗赤霉病扩展和抗毒素积累的能力,连续多代的温室和田间抗性鉴定结果一致,且没有影响受体品种农艺性状。生物学和化学实验证据表明,细菌脱毒基因赋予了小麦通过异构化脱毒DON毒素的能力,从而减少了DON毒素在植株中的积累,相应减缓了镰刀菌在植株中的扩展蔓延,使植株表现出赤霉病抗性。