黑水虻吸附镉的离子通道途径及其调控机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31872306
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0405.动物资源与保护
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Poisoning and pollution control of cadmium has been a worldwide concern. Organic waste from livestock and poultry is an important source of cadmium pollution. Current situation of cadmium management in organic waste is very serious. We urgently need biosorption materials which are easy to obtain and have high adsorption efficiency. In the process of bioconversion of livestock and poultry waste, resource insects not only can transform rapidly and efficiently, but also can adsorb cadmium and other heavy metals, which providing new ideas for research and development of cadmium pollution biocontrol technology. Ion channels play an important role in the process of cadmium adsorption and transfer in insects, but the main channels showed effective adsorption are unknown and their adsorption efficiency regulation are waiting to be discovered? This is of great interest to us. No details were reported in the literature. Our previous studies showed that the black flies Hermetia illucens not only can quickly and efficiently transform livestock and poultry waste, but also the most formidable insect that has the highest tolerance to cadmium. Therefore, this project intends to (1) study the distribution of cadmium in the body of the black soldier fly; (2) identify ion channels involved in cadmium adsorption; (3) clear about regulation factors influencing the adsorption efficiency of cadmium ion channel; (4) clarify the key ion channels for cadmium adsorption. We hope these results will help to identify the main ion channel for cadmium transport in H. illucens and reveal its regulation mechanism. The results of the study can enrich the basic theory of heavy metal tolerance in insects and provide new ways and methods for the biosorption of polluted cadmium.
镉的毒害和污染治理一直是全世界高度关注的问题。畜禽粪便是镉污染的重要源头,但目前治理形势非常严峻,主要原因是缺乏易获得且吸附高效的生物吸附材料。腐生性资源昆虫在生物转化畜禽粪便时不仅转化快速高效,还能吸附镉等重金属,为镉污染治理技术的研发提供了新思路。离子通道在昆虫吸附转运镉的过程中发挥了重要作用,但高效吸附镉的离子通道及其吸附效率调控机制是什么?这尚未见详细报道。项目组前期研究发现,黑水虻不仅可以快速而高效地转化畜禽粪便,还是目前已报道的对镉耐受性最强的昆虫。因此,本项目拟进一步研究黑水虻取食含镉饲料后体内镉的分布规律及影响分布的因素;鉴定参与镉吸附的离子通道,明确影响离子通道吸附镉的效率的调控因子,阐明关键离子通道在黑水虻吸附镉中的功能,从而揭示黑水虻吸附镉的离子通道途径及其调控机制。研究结果既可丰富昆虫耐受重金属的基础理论,也可为镉污染治理提供新的途径和方法。

结项摘要

黑水虻的研究与利用在最近二十年发展极为迅速,我们归纳和总结了黑水虻的分布、重要性、资源特性及转化分解有机废弃物的应用等方面。.研究发现黑水虻受到镉胁迫时幼虫和预蛹体内Cd含量显著高于蛹中,幼虫和预蛹阶段主要富集在非表皮组织,蛹阶段主要富集在蛹壳中。随食料中Cd含量的升高,虫体富集系数逐渐降低。前胃、中肠、马氏管是最主要的三个积累器官。肠道分成了有较大pH差异的几段,且中肠分成了三个不同的pH区段。调整饲料pH发现,在较低镉浓度(< 50 mg/kg)处理下,pH变化对幼虫富集镉无显著影响;在较高镉浓度(>300 mg/kg)处理下,较中性的环境幼虫富集镉更多。取食Cd饲料后中段pH发生了变化,表明食料pH可能影响肠道pH,进而影响幼虫对食料的利用和生长发育。.为了寻找合适的参考基因来考察其他目的基因的表达规律,研究了8个内参基因在生物(发育阶段、组织和性别)和非生物(重金属、食物和抗生素)条件下的稳定性。金属硫蛋白(MT1、MT2A和MT2B)参与吸附Cd,MT的基因表达量随Cd浓度的增加而上升;原核表达至大肠杆菌可增加大肠杆菌对Cd的耐受性和吸附量;通过RNAi发现干扰幼虫的BSFMT2B,其Cd耐受性降低显著。.在Cd跨肠道转运中,中肠中段发挥了重要作用。基因差异表达谱分析共鉴定出28个离子通道基因,表达水平分析发现,中肠的前段表达水平差异不显著著;中肠中段的表达水平在不同Cd浓度下存在差异;中肠后段的表达只在700 mg/kg浓度时差异显著。.研究还发现离子转运蛋白、P型离子泵及海藻糖转运蛋白的显著性差异表达与Cd浓度相关,它们参与了Cd的转运。进一步的研究表明锌离子转运蛋白主要发挥肠道吸附镉作用,而P型离子泵主要发挥肠道吸附镉后的排出作用,这种作用受Cd浓度的影响,也受肠道pH调控。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
中国昆虫资源研究60年进展
  • DOI:
    10.13802/j.cnki.zwbhxb.2022.2022817
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    植物保护学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姜轶杰;石志辉;张杰;朱芬;雷朝亮
  • 通讯作者:
    雷朝亮
用文献计量法分析我国昆虫资源学的研究现状和发展趋势
  • DOI:
    10.7679/j.issn.2095-1353.2019.109
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    应用昆虫学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈天阳;雷朝亮;朱芬
  • 通讯作者:
    朱芬
黑水虻的资源化利用研究现状
  • DOI:
    10.7679/j.issn.2095-1353.2019.110
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    应用昆虫学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张杰;温逸婷;高正辉;雷朝亮;朱芬
  • 通讯作者:
    朱芬
Reference gene selection for quantitative gene expression analysis in black soldier fly (Hermetia illucens)
黑水虻(Hermetia illucens)定量基因表达分析的参考基因选择
  • DOI:
    10.1371/journal.pone.0221420
  • 发表时间:
    2019-08-16
  • 期刊:
    PLOS ONE
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Gao, Zhenghui;Deng, Wenhui;Zhu, Fen
  • 通讯作者:
    Zhu, Fen

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其他文献

实例检索中基于关联函数和D-HS索引的改进与融合
  • DOI:
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    朱芬
类花生酸在昆虫细胞免疫中的作用研究进展
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    朱芬
不同光环境对粘虫生长发育的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    应用昆虫学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    桑文;董婉君;黄求应;朱芬;王小平;郭墅濠;雷朝亮
  • 通讯作者:
    雷朝亮
我国利用昆虫转化有机废弃物的发展现状及前景
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    李逵;杨启志;雷朝亮;朱芬
  • 通讯作者:
    朱芬
融合可拓关联函数的密度峰值聚类算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    小型微型计算机系统
  • 影响因子:
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  • 作者:
    赵燕伟;朱芬;桂方志;任设东;谢智伟;徐晨
  • 通讯作者:
    徐晨

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朱芬的其他基金

Ca2+/Ca-ATP酶在黑水虻幼虫转运镉中的作用及机制研究
  • 批准号:
    32370546
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
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    面上项目
类花生酸对大头金蝇抗支原体感染的细胞免疫的调节机理研究
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  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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