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动物遗传育种与兽医毒理团队联合发现黄曲霉毒素关键抗病靶标及拮抗剂

发布时间:2022-09-13  作者:  浏览次数:

(通讯员 张金福)近日,华中农业大学动物遗传育种团队联合兽医毒理团队合作在《antioxidants》期刊在线发表了题为“Genome-Scale CRISPR Knockout Screening Identifies BACH1 as a Key Regulator of Aflatoxin B1-Induced Oxidative Damage”的研究成果。该研究利用猪全基因组CRISPR敲除文库,高通量筛选出一批参与黄曲霉毒素B1(AFB1)致细胞毒性效应相关的宿主因子。特别是首次发现转录因子BACH1是介导AFB1致细胞死亡及氧化损伤的关键基因,敲除该基因或利用预测的小分子化合物抑制其蛋白活性能有效保护细胞免受AFB1毒害,为猪抗病性状的遗传机制解析和拮抗毒素产品的研发提供了新靶标。

我国是世界公认的养猪大国,养猪业在整个畜牧业中占有主导地位。AFB1是到目前为止所发现的毒性最大的真菌毒素,其由黄曲霉和寄生曲霉产生,严重威胁食品安全与人类健康。猪对AFB1敏感,对霉菌污染的饲料,猪会拒食或采食量下降、中毒后会造成其生长迟滞、免疫功能降低,还会导致肾脏等多脏器受损和癌变。然而,目前关于AFB1的致病机理依然不清楚,尚缺乏有效拮抗产品。从遗传上提高猪自身抗病能力从而改善猪健康与肉产品安全,是基因编辑抗病育种亟须解决的关键技术难题。

为了解决上述问题,本研究利用团队前期自主开发的猪全基因组CRISPR文库筛选技术,针对AFB1毒素进行多轮筛选,首次在猪中发现了一批参与AFB1毒性相关的宿主因子。进一步比较发现,敲除BACH1抑制AFB1诱导的细胞毒性效应作用最强。其同样能减缓AFG1、AFM1和F-2诱导细胞死亡的毒性,表明BACH1可能是几种霉菌毒素致病作用所依赖的共同宿主因子。通过RNA-Seq测序发现,BACH1敲除细胞中氧化还原反应相关基因显著差异表达,多种抗氧化途径基因被显著激活。还发现敲除BACH1能显著抑制过氧化氢诱导的细胞死亡,由此推测BACH1敲除后能有效缓解AFB1诱导的氧化应激反应,进而降低其诱导细胞死亡的毒性。

进一步,研究团队利用同源性高的人BACH1蛋白晶体结构,从含有5,5024个小分子的化合物库中,通过药物虚拟筛选策略鉴定到靶向该基因的小分子抑制剂。发现细胞中添加小分子抑制剂能显著抑制AFB1诱导的人和猪源细胞死亡。通过对AFB1灌胃的方式制备的大鼠中毒模型给予小分子化合物,发现其能有效缓解AFB1诱导的肝脏氧化损伤。这些结果表明,鉴定的小分子化合物能通过靶向抑制BACH1活性而拮抗黄曲霉毒性。本研究首次明确了BACH1是AFB1致病效应的关键宿主因子并解析了其作用机制,并开发了拮抗新药物。课题组前期通过整合组学发现,BACH1基因的增强子区域存在与肌肉生长性状相关的候选功能SNP位点(BMC Biol, 2022),暗示该基因可能还参与猪的产肉性状形成。

本研究是我校动物遗传育种团队在猪全基因组CRISPR文库创建及高通量筛选病毒抗性基因研究工作后,利用基因编辑策略高效解析猪抗病性状遗传机理的又一重要进展。

我校博士生张金福和胡嗣祎为论文共同第一作者。我校谢胜松教授和王旭教授为文章共同通讯作者。该研究得到动物营养与饲料科学系孙铝辉教授和农业微生物学国家重点实验室曹罡教授大力支持与帮助。研究工作得到了岭南现代农业科学与技术广东省实验室自主科研项目和国家自然科学基金等项目的资助。

原文链接  https://www.mdpi.com/2076-3921/11/9/1787/htm

审核:谢胜松

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