久效磷农药对斑马鱼性别分化的影响及机制研究

【摘要】：久效磷农药是一种高效广谱的有机磷杀虫剂,能够诱导雄性金鱼卵黄原蛋白基因的表达以及蛋白的合成与分泌,是一种潜在的环境雌激素。久效磷农药被证实能够引发鱼类体内17β-雌二醇(E2)水平显著上升,睾酮(T)水平显著下降,导致雌雄激素水平失衡。由于鱼类的性别分化受性类固醇激素的调节,因此久效磷农药可能会对鱼类的性别分化造成威胁。为了确定久效磷农药对鱼类性别分化的影响及作用机制,本文选用斑马鱼作为实验动物,采用0.001、0.010和0.100mg/L久效磷农药从斑马鱼受精卵时期暴露至其性别分化结束(0~40dph),从性别比例和性腺分化情况两个方面研究了久效磷农药对斑马鱼性别分化的干扰作用,并检测了久效磷农药对斑马鱼性别分化时期(23~40dph)芳香化酶基因(Cyp19a1a和Cyp19a1b)以及转录因子基因(Foxl2和Dmrt1)表达的影响,从性别分化相关基因表达的角度初步分析了久效磷农药干扰斑马鱼性别分化的作用机制,为今后深入开展环境内分泌干扰物对鱼类性别分化影响的研究工作提供基础资料和科学依据。 本文研究结果表明: (1) 0.001、0.010和0.100mg/L久效磷农药暴露斑马鱼幼鱼至40dph,主要通过雌激素效应干扰其性别分化过程,导致斑马鱼雌性比例随暴露浓度的增大逐渐上升,其中0.100mg/L暴露组雌性比例达到71%,与对照组有显著差异;0.001和0.100mg/L久效磷农药暴露导致斑马鱼出现异常的间性性腺——卵精巢。久效磷农药能够致使幼鱼的性腺结构损伤,具体表现为卵巢中卵母细胞发生变形,卵巢和精巢内部非细胞区比例增大甚至出现空腔结构等。 (2) 0.001、0.010和0.100 mg/L久效磷农药暴露斑马鱼幼鱼至23dph、30dph和40dph,采用实时定量PCR方法检测了性腺芳香化酶基因Cyp19a1a和脑芳香化酶基因Cyp19a1b mRNA表达水平。结果表明:0.010和0.100mg/L久效磷农药对斑马鱼Cyp19a1a和Cyp19a1b mRNA的表达有明显的促进作用,其中0.100mg/L久效磷农药能够在斑马鱼性别分化整个时期显著促进Cyp19a1a和Cyp19a1b mRNA的表达。本文推测久效磷农药通过上调性腺芳香化酶基因的表达水平,能够直接促进血浆T向E2的转化,导致E2水平上升,T水平下降;同时久效磷农药在上调脑芳香化酶基因的表达后,能够间接通过下丘脑-垂体-性腺轴进一步导致血浆雌雄激素比例失衡,从而引发雌性化效应,干扰斑马鱼的性别分化。 (3) 0.001、0.010和0.100 mg/L久效磷农药暴露斑马鱼幼鱼至23dph、30dph和40dph,采用实时定量PCR方法检测了卵巢分化相关转录因子基因Foxl2和精巢分化相关转录因子基因Dmrt1 mRNA表达水平。结果表明:久效磷农药能够促进斑马鱼性别分化时期Foxl2 mRNA的表达,并随暴露时间的增长其促进作用逐渐显著;同时久效磷农药能够抑制Dmrt1 mRNA的表达,并且在暴露至性别分化开始时(23dph)的抑制作用最为明显。本文认为久效磷农药能够通过促进卵巢分化相关转录因子如Foxl2并抑制精巢分化相关转录因子如Dmrt1基因的表达引发雌性化效应,从而干扰斑马鱼的性别分化过程,但其中具体的作用途径尚需进一步研究。 综上所述,本文首先通过观察久效磷农药暴露后斑马鱼的性别比例和性腺分化的情况,证实久效磷农药主要通过雌激素效应干扰斑马鱼的性别分化。其次通过对性别分化相关基因表达水平进行检测,本文提出久效磷农药影响斑马鱼性别分化的作用机制可能包括:(1)通过促进芳香化酶基因的表达,可能引发血浆E2水平上升,T水平下降,导致斑马鱼雌性化;(2)通过促进卵巢分化相关转录因子Foxl2且抑制精巢分化相关转录因子Dmrt1基因的表达引发雌性化效应,干扰斑马鱼的性别分化。