摘要
硒是动物生长、发育所必需的微量元素。我国有约51％的国土面积属缺硒地区，缺硒会诱发克山病、大骨节病等疾病，适量补硒则有助于癌症、糖尿病、心血管疾病和甲状腺疾病的预防和治疗。自然界中硒多以硒酸盐、亚硒酸盐和硒单质等无机硒的形式存在，无机硒毒性大，不宜被人体直接吸收利用。相对而言，有机硒是安全有效的补硒形式。生物体中最重要的有机硒成分是硒蛋白。硒以硒代半胱氨酸(Sec)的形式存在于硒蛋白中，硒蛋白的编码方式不同于普通蛋白。Sec由UGA密码子编码，通常情况下UGA是终止密码子，在3''非编码区中的SECIS序列等特殊元件的作用下才能编码Sec。人类有25种硒蛋白，其中13种在衣藻中有同源蛋白。目前有近一半硒蛋白的功能未知，已知功能的硒蛋白多是具有强抗氧化功能的酶类，硒蛋白的抗氧化特性可使硒对多种重金属的毒性具有缓解作用，然而目前的相关研究较少，特别是具体的解毒机理未知。 为了应对我国面临的缺硒问题，我们建立了螺旋藻紫外诱变育种体系筛选富硒螺旋藻，通过超声破碎的方法将多细胞的螺旋藻破碎成单细胞或二细胞，并通过显微计数的方法计算紫外诱变的致死率，最终筛选到耐硒能力达到1500mg/L的突变体，其胞内硒的富集量可达3601μg/g。另外，我们建立硒蛋白的分泌表达系统，在莱茵衣藻中分泌表达人源硒蛋白SELENOW，筛选到两株过表达藻株，首次实现了对硒蛋白的异源分泌表达，可为未知功能硒蛋白的研究提供帮助。 重金属铬广泛应用于工业生产中，同时铬酸盐也是一级致癌物，探究硒对铬解毒作用的机理有望为环境中铬污染的治理打下基础。为此，我们以模式生物莱茵衣藻为材料，研究硒对重金属铬的解毒机制。铬能降低衣藻生长速率，影响光合作用，改变细胞形态，使细胞积累酸钙体、质体球和淀粉粒等细胞器，而在培养基中补硒则能显著缓解铬毒性。转录组结果显示编码硒蛋白SELENOH的基因在解毒过程中上调表达。当SELENOH基因敲降和缺失后，突变体中ROS的产量增高且解毒作用减弱，硒蛋白SELENOH可能通过清除铬胁迫过程中产生的ROS来达到缓解铬毒性的效果。通过比较硒对铬吸附、吸收和外排过程的影响，我们发现硒对铬的吸附过程没有影响，但硒能减少胞内铬富集量，暗示硒的存在可能减少铬的吸收。通过比较硫酸盐转运蛋白突变体slt1，slt2和sultr2对铬的耐受能力，我们发现亚硒酸盐和重铬酸盐竞争性的通过硫酸盐转运蛋白SULTR2进入胞内，二者之间的竞争关系导致胞内铬含量的减少。另外，无论加硒与否，胞内的铬均可排放到胞外，硒对这一过程没有影响。 综上所述，关于富硒螺旋藻的研究有助于改善我国的缺硒现状，外源硒蛋白的分泌表达能为硒蛋白结构和功能的研究提供帮助。通过硒对重金属铬解毒机理的研究，为环境中重金属铬的污染治理提供了新的研究思路和解决方案。
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