近日，海洋学院海洋微型生物多样性与进化团队李丽芳教授课题组在《Journal of Hazardous Materials》（中科院一区Top期刊，影响因子14.224）上发表题为 “Comparative transcriptome and antioxidant biomarker response reveal molecular mechanisms to cope with zinc ion exposure in the unicellular eukaryote Paramecium”的研究论文，探讨了单细胞真核生物模式种--草履虫响应环境污染物锌胁迫的分子机制。文章第一作者为海洋学院2022级博士生李丛君，通讯作者为海洋学院李丽芳教授，山东大学为第一完成单位。

随着工业制造和矿产开采的发展，重金属锌在水生生态系统中的污染问题日趋严重，其能够在食物链中通过生物放大作用富集达到有毒浓度，从而对水生生物造成不利影响，干扰生物正常的生理功能和代谢过程，导致急性或慢性中毒。而水生微生物对环境锌胁迫的反应机制仍知之甚少，相关研究亟待开展。李丽芳教授团队以模式生物草履虫为实验对象，分析了不同浓度锌离子和不同时间的暴露处理对其种群生长、转录组学特征和抗氧化酶的生理变化的影响，进而探索了锌胁迫反应过程中的毒性和解毒机制。

锌离子胁迫下草履虫体内的生物学途径示意图

研究表明，长期锌暴露可抑制草履虫种群生长，其响应机制可能呈现剂量依赖性和时间依赖性。高通量测序发现大量差异表达基因在吞噬体通路中显著富集，表明草履虫细胞内吞噬体可能介导锌的吸收过程，而细胞膜上的ABC转运蛋白和Na⁺/K⁺转运ATP酶则分别参与过量锌离子的外排转运过程和渗透压的平衡功能。锌离子的积累引发了一系列危害，包括核酸和蛋白质的损伤、线粒体功能的紊乱，以及细胞的氧化应激。此外，研究者还发现一些参与金属离子结合、能量代谢和氧化还原过程的基因表达模式发生了显著变化。RT-qPCR检测了10个重要生物学功能基因，进一步验证了转录组的结果。团队还持续监测了四种抗氧化酶（SOD、CAT、POD和GSH-PX）活性的变化，在锌胁迫下，这些酶的活性均在第4天达到峰值，以此启动虫体应激反应。该研究成果揭示了，环境中长期高浓度的锌暴露会导致生物体细胞结构和功能受损，而纤毛虫也会由此启动相关的解毒机制以维持细胞内稳态。

上述相关研究得到国家自然科学基金面上项目（31772431）的支持。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.131364

文/海洋微型生物多样性与进化团队  审核/杜宗军