对暴露于22种已知作用机制化学物质的幼年胖头鲦（Pimephales promelas）的转录组起始点及基因表达谱的评估

《Aquatic Toxicology》：An evaluation of transcriptomic points of departure and gene expression profiles for larval fathead minnows ( Pimephales promelas) exposed to 22 chemicals with known modes of action

本研究通过靶向转录组学技术评估22种化学品（涵盖渔毒剂、除草剂、杀虫剂等）对斑马鱼的毒性，发现其生成的tPODs（转录组学基准浓度）在鱼类中具有保护性，但在其他物种（如甲壳类、昆虫、藻类）中可能不足。研究验证了靶向测序在推导毒性基准浓度上的可行性，并指出跨物种评估需结合多模型生物。

　　本研究探讨了使用高通量技术生成化学品危害信息的可能性，特别是在化学品已投入生产的情况下，传统危害评估方法往往耗时且成本高昂。高通量技术，如转录组学分析，提供了一种快速评估化学品潜在危害的方法。通过分析化学品在生物体内的转录组变化，可以识别出在特定浓度下基因表达显著改变的点，这些被称为转录组学起始点（tPODs）。研究假设，这些tPODs可以作为替代传统毒性终点的起始点，用于初步的生态危害评估。

本研究采用了之前由美国环保署（EPA）开发和评估的生态高通量转录组学（eco-HTTr）实验方法，对22种化学品进行了进一步的分析。这些化学品涵盖了多种作用机制，包括两种鱼类杀灭剂、三种除草剂、四种杀虫剂、七种杀菌剂、两种他汀类药物以及四种过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）激动剂。研究团队在实验中使用了一天孵化后的脂肪头鲦鱼（*Pimephales promelas*）幼鱼，将它们暴露于不同浓度的化学品中，持续24小时。之后，从这些鱼的全身组织中提取RNA，并通过TempO-Seq技术进行靶向测序，以获得更精确的转录组信息。

在实验过程中，研究人员使用了浓度-反应建模方法，结合实际测得的化学品浓度，以估计基准浓度（BMCs）并推导出tPODs。这一方法能够帮助风险评估者更直观地理解化学品在不同浓度下的影响，从而更有效地进行危害评估。研究还通过欧拉图、sscMap以及探索性主成分分析（PCA）等工具，对不同化学品的差异表达基因（DEGs）进行了可视化分析，以探索同一作用机制下的化学品是否具有相似的转录反应模式。

研究结果表明，使用靶向转录组的方法能够产生与全转录组方法相似的tPODs，这意味着如果选择适当的基因进行分析，靶向方法足以用于生成可靠的tPODs。这一发现对于提高化学品危害评估的效率具有重要意义，因为全转录组分析通常需要更多的资源和时间。然而，研究也发现，对于某些化学品，其tPOD与传统鱼类毒性测试中的顶端效应浓度（apical endpoints）相比，并没有显著降低，这表明在不同生物类群（如甲壳类、昆虫、藻类）中，tPOD可能并不总是具有保护性。因此，可能需要在多种物种中进行eco-HTTr实验，以确保对化学品生态危害的全面评估。

此外，研究还指出，不同化学品对基因表达的影响往往分散在不同的生物通路中，很少有基因在相同的作用机制下聚集。这一现象表明，化学品的毒性作用机制可能较为复杂，且难以通过单一的基因或通路来概括。因此，使用高通量转录组学数据进行跨物种毒理学机制推断时，需要更加细致的分析和解释。

在实验设计方面，本研究优化了暴露方案，减少了重复次数，并采用了靶向测序而非全转录组测序，从而在保持实验效果的同时，提高了实验效率。这一优化对于未来大规模化学品危害评估具有重要的参考价值。同时，研究团队强调了在实际应用中测量暴露浓度的重要性，因为某些化学品在实验过程中可能会发生浓度变化，而这些变化可能影响实验结果的准确性。

本研究的结果不仅为高通量转录组学在生态危害筛查中的应用提供了新的数据支持，也为未来的研究和实践指明了方向。通过结合高通量技术与传统的生态毒性测试，可以更全面地理解化学品对不同生物类群的潜在影响，从而为环境风险管理提供科学依据。此外，研究还强调了在毒理学领域中，标准化数据收集、分析和报告方法的重要性，这对于提高研究结果的可信度和可重复性至关重要。

在实际应用中，tPOD可以作为一种新的危害评估工具，用于初步筛选化学品的潜在风险。这种方法不仅能够节省时间和成本，还能提供更深入的分子层面信息，帮助研究人员更好地理解化学品的毒性机制。然而，为了确保tPOD在不同物种间的适用性，还需要进一步的研究和验证。特别是在生态风险评估中，考虑到不同生物对化学品的反应可能存在差异，因此在使用tPOD进行跨物种推断时，需要谨慎对待，并结合其他数据来源进行综合分析。

本研究的成果也为未来的生态毒性测试提供了新的思路。通过使用靶向转录组学方法，可以在有限的实验资源下，更高效地评估化学品对生态环境的影响。这不仅有助于加快化学品的安全评估进程，还能为政策制定者提供更科学的决策依据。同时，研究团队还指出，尽管高通量技术在数据生成方面具有优势，但在实际应用中仍需克服一些挑战，如数据的标准化处理和解释，以及如何将复杂的转录组数据转化为可操作的生态风险评估指标。

总的来说，本研究通过靶向转录组学方法，对22种化学品进行了系统的危害评估，为高通量技术在生态毒理学中的应用提供了重要的数据支持。研究结果表明，靶向方法可以有效生成tPOD，这为未来的化学品筛查和风险评估提供了新的工具。然而，研究也指出，tPOD在不同物种间的适用性可能存在差异，因此需要进一步的实验和研究来验证其在生态风险评估中的普遍性。此外，研究强调了标准化数据收集和分析方法的重要性，这对于推动高通量技术在监管毒理学中的应用具有重要意义。通过不断优化实验设计和数据分析方法，高通量转录组学有望成为评估化学品生态危害的重要手段，为环境保护和化学品管理提供更科学、更高效的解决方案。