基于拟南芥同源重组与转录基因沉默实验体系的金属（氧化物）纳米材料遗传毒理学研究

发布时间：2017-05-17 13:22

  本文关键词：基于拟南芥同源重组与转录基因沉默实验体系的金属（氧化物）纳米材料遗传毒理学研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：纳米材料一般是指结构单元尺寸在一至上百纳米间的颗粒,因为尺寸微小,具有独特的物理化学性质,被广泛应用于纺织化工、机械电子、生物医药,催化和材料科学、环境分析等领域。纳米材料的广泛应用直接导致了其不可避免地会被释放到环境中,从而可能对整个生态系统和环境产生不可预知的影响。而植物作为生态系统的重要组成部分,纳米材料对其影响是不可忽略的。目前有关纳米材料对于植物影响的研究工作相对较少,尤其是在遗传毒学机制层面的研究,目前尤为缺乏。本论文的研究工作中,通过电镜表征所选用的三种纳米材料,将拟南芥分别暴露于含有金属(氧化物)纳米材料的培养体系中(所选纳米材料分别为氧化锌、银、二氧化钛),检测其对相关发育指标的影响。并进一步以DNA损伤修复之同源重组频率和表观转录沉默基因(TGS)的激活作为遗传学终点,检测不同种类不同粒径的金属(氧化物)纳米材料对拟南芥基因组稳定性的影响。同时还探究了纳米材料诱导拟南芥基因组不稳定性的相关机制。本论文有如下研究结果：1.粒径不同、种类不同的金属(氧化物)纳米材料,经由透射电镜表征,可见形态各异,粒径为20 nm的纳米氧化锌呈近球形,粒径为90-200 nm的纳米氧化锌材料,呈不规则棒状形态,叠加分布；粒径为10 nm的纳米银材料,近球形,有团聚现象,粒径为60 nm的纳米银材料为外形较大小为规整的近球形；粒径为21 nm的纳米二氧化钛材料,大部分接近圆型,容易发生团聚,粒径为小于100 nm的纳米二氧化钛材料,大部分为近球形或者椭圆形；2.以同源重组频率为生物学检测终点,发现三种纳米材料均不同程度的引起拟南芥同源重组频率的增加；以同源重组相关基因AtRAD54基因以及AtRAD51, AtXRCC3, AtDMCl的表达水平为检测终点,共同证明了同源重组修复机制的启动,研究结果表明,选取的三种纳米金属(氧化物)材料(氧化锌、银、二氧化钛)均可以在一定浓度条件下在DNA水平上诱导了基因组不稳定性；以转录沉默基因的激活为检测终点,结果发现三种纳米材料不同粒径在一定浓度处理条件下能够激活受转录基因沉默机制调控的TGS-GUS基因、TSI以及180bp等相关基因的表达,结果表明纳米材料能够在表观调控水平诱导基因组不稳定性。亚硫酸盐修饰检测了TGS-GUS位点的甲基化情况,发现不同纳米材料诱导的甲基化变化情况不同；3.进一步探讨在纳米材料诱导拟南芥基因组不稳定性的相关机制,经过ICP-MS分析,在仅有根部暴露在不同的纳米材料中,拟南芥地上部分相应元素的含量呈现出不同的改变,其中锌元素大量上升,银元素和钛元素在地上部分含量几乎不变。推测纳米材料可能引起植物的类系统性反应,水杨酸信号通路在植物类系统性反应中起主要作用。以水杨酸突变体为实验材料,证明在水杨酸途径受阻的情况下,纳米材料造成的基因毒性影响降低。以水杨酸途径相关基因的表达水平为检测终点,结果表明水杨酸途径的相关基因表达水平均有变化。DMSO清除了ROS以后,纳米材料造成的基因毒性影响降低。测得纳米材料会引起拟南芥ROS水平上升。
【关键词】：纳米材料 拟南芥 同源重组 基因组不稳定性 转录基因沉默
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X171.5;Q943.2
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 引言11-21
• 1.1 纳米材料的安全性研究11-12
• 1.1.1 纳米材料的应用11
• 1.1.2 纳米材料的毒理学研究现状11-12
• 1.2 纳米氧化锌的生物学效应12-14
• 1.2.1 纳米氧化锌材料简介13
• 1.2.2 纳米氧化锌的毒理学研究现状13-14
• 1.3 纳米银的生物学效应14-15
• 1.3.1 纳米银材料简介14
• 1.3.2 纳米银的毒理学研究研究进展14-15
• 1.4 纳米二氧化钛的生物学效应15-16
• 1.4.1 纳米二氧化钛材料简介15
• 1.4.2 纳米二氧化钛的毒理学研究进展15-16
• 1.5 模式植物拟南芥16-19
• 1.5.1 野生型拟南芥N109216
• 1.5.2 转基因拟南芥R3L6616-17
• 1.5.3 转基因拟南芥15-617-18
• 1.5.4 转基因拟南芥L518-19
• 1.6 本论文的研究目的和主要内容19-21
• 1.6.1 研究目的19
• 1.6.2 研究内容19-21
• 第二章 金属(氧化物)纳米材料的表征21-26
• 2.1 研究背景21-22
• 2.2 实验材料和方法22-23
• 2.2.1 金属(氧化物)纳米材料22-23
• 2.2.2 金属(氧化物)纳米材料的表征23
• 2.3 实验结果和分析23-25
• 2.3.1 纳米氧化锌的表征23
• 2.3.2 纳米银的表征23-24
• 2.3.3 纳米二氧化钛的表征24-25
• 2.4 讨论25-26
• 第三章 金属(氧化物)纳米材料对拟南芥的遗传毒理学研究26-53
• 3.1 研究背景26-27
• 3.2 实验材料和方法27-35
• 3.2.1 拟南芥材料27
• 3.2.2 拟南芥种子的消毒27-28
• 3.2.3 拟南芥生的长条件28-29
• 3.2.4 同源重组频率的检测29-30
• 3.2.5 AtRAD54的表达水平的检测30-31
• 3.2.6 其他同源重组修复相关基因的检测31-33
• 3.2.7 检测TGS-GUS水平的表达33-34
• 3.2.8 TGS位点相关基因的检测34
• 3.2.9 TGS位点DNA甲基化的探究34-35
• 3.3 实验结果和分析35-50
• 3.3.1 拟南芥的同源重组频率变化36-39
• 3.3.1.1 纳米氧化锌、纳米银和纳米二氧化钛材料实验浓度的界定36-37
• 3.3.1.2 经纳米材料处理后拟南芥同源重组频率的变化37-39
• 3.3.2 拟南芥AtRAD54的表达水平变化39-40
• 3.3.3 拟南芥同源重组修复的其他相关基因的表达水平的变化40-42
• 3.3.4 拟南芥TGS-GUS表达水平的变化42-43
• 3.3.5 拟南芥TGS机制的其他相关基因表达水平的变化43-44
• 3.3.6 TGS位点甲基化的变化44-50
• 3.4 讨论50-53
• 第四章 金属(氧化物)纳米材料的遗传毒性相关机制探究53-68
• 4.1 研究背景53-54
• 4.2 实验材料和方法54-56
• 4.2.1 拟南芥材料54
• 4.2.2 拟南芥种子的消毒54
• 4.2.3 拟南芥的生长条件54
• 4.2.4 金属(氧化物)纳米材料处理后的拟南芥地上部分相关元素的含量测定54-55
• 4.2.5 水杨酸途径突变体检测同源重组基因和TGS机制相关基因55
• 4.2.6 qRT-PCR检测水杨酸途径相关基因55-56
• 4.2.7 金属(氧化物)纳米材料处理后拟南芥ROS水平的变化及其影响56
• 4.3 实验结果和分析56-66
• 4.3.1 拟南芥地上部分相关元素的含量的变化56-58
• 4.3.2 水杨酸途径突变体检测同源重组基因和TGS机制相关基因58-60
• 4.3.3 拟南芥水杨酸途径相关基因的表达60-62
• 4.3.4 拟南芥地上部分ROS水平变化的相关影响62-66
• 4.3.4.1 添加DMSO检测ROS下降后AtRAD54和TGS-GUS的表达水平62-64
• 4.3.4.2 经纳米材料处理受胁迫后拟南芥ROS的水平64-66
• 4.4 讨论66-68
• 第五章 总结68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-76
• 攻读学位期间发表的学术论文76

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