近日，生态与环境学院谢平团队在藻毒素检测领域取得系列性进展，其研究成果发表在多本期刊上。

成果一

蓝藻水华中最典型的毒素是蓝藻毒素，尤其是微囊藻毒素LR（MC-LR）。因此，一种简单高效的检测MC-LR的方法对MC-LR的生态毒理学研究具有重要意义。谢平团队首次通过开发新型技术首次实现了在水样中对藻毒素的光学检测，更重要的是在亚细胞水平实现毒理学成像研究。该成果在Nature index期刊、 生态学与环境类期刊Water Research(IF=13.4）上发表了题为“Excluding interference and detecting Microcystin-LR in the natural lakes and cells based a unique fluorescence method”的论文（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118811）。云南大学2019级硕士研究生李昺言为论文第一作者，刘勇教授、谢平研究员为该论文的共同通讯作者，云南大学为第一通讯单位。

由于MC-LR本身位于复杂环境中，传统技术存在复杂和容易出现假阳性的缺陷。在此，该研究开发了MC-BDKZ作为第一种可以同时检测自然湖泊和细胞中MC-LR的荧光探针（图1），还全面分析了MC-BDKZ在MC-LR检测过程中的响应原理和潜在应用。与传统的MC-LR检测技术相比，荧光探针技术具有更好的便利性，大大缩短了与体内外实际应用的距离，这种可视化研究工具的开发可以为探索MC-LR在体内的发病机制提供重要线索。

图1.荧光技术检测细胞和天然湖泊中的MC-LR

成果二

在藻藻毒素检测领域，团队在期刊Coordination Chemistry Reviews上发表了题为“Participation of fluorescence technology in the cross-disciplinary detection of microcystins”的论文（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ccr.2022.214416 ，IF =24.8）。云南大学2019级硕士研究生刘宜朋为论文第一作者，刘勇教授、谢平研究员为该论文的共同通讯作者，云南大学为第一通讯单位。

由水体富营养化引起的蓝藻水华已被广泛研究。在蓝藻毒素中，微囊藻毒素（MCs）是广泛分布于湖泊中的毒性最强的物质，与人类生活密切相关，因此应积极探索新的机制并开发有效的体外和体内检测MCs的方法。该综述总结了近二十年来基于生物化学、光电、纳米技术和生物技术等跨学科领域的荧光技术检测MCs的方法并对其进行了深入探讨（图2）。该研究不仅解释了MC荧光检测方法（如荧光色谱、荧光生物测定、荧光生物化学、光电化学、纳米技术和生物技术）的基本原理，还详细的比较了不同检测方法的优缺点。本文还综合分析了基于MC的新型检测技术在荧光技术参与下的优势，包括高灵敏度、准确度和快速检测等。此外，本文提出了荧光探针技术在跨学科领域的潜在应用，引入有机荧光团将会为荧光技术在MCs检测中的应用提供机会，进一步解决了基于MC的检测在生物成像领域的挑战。

图2.荧光参与的检测MCs跨学科技术。

成果三

藻毒素的生态毒理性体现在肝毒性、神经毒性和生殖等毒性的研究中，藻毒素能否影响DNA的结构将是研究毒素生态毒性的主要出发点。团队该研究在环境科学和生态学期刊Ecotoxicology and Environmental Safety上发表了题为“Exploring the direct effects of microcystin-LR on DNA via using cross-technical means”的论文（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2022.113841，IF =7.1）。2020级博士研究生张辉霞为论文第一作者，刘勇教授、谢平研究员为该论文的共同通讯作者，云南大学为第一通讯单位。

MC-LR是蓝藻产生的毒性最强、含量最丰富的微囊藻毒素，以往的研究表明MC-LR可以通过增加细胞内活性氧含量来诱导氧化应激，从而导致DNA损伤，然而MC-LR对DNA的直接影响尚未完全描述。该研究利用光谱分析和分子生物学技术探讨了MC-LR对DNA的直接影响（图3）。团队开发了荧光探针Bptp-R2来监测不同类型的DNA，并探索DNA和MC-LR之间的直接相互作用。凝胶电泳表明，DNA和MC-LR之间的直接相互作用不会导致DNA链断裂或改变DNA结构。PCR实验表明，DNA和MC-LR之间的直接相互作用不会影响PCR系统中的DNA复制(P≤ 0.01)。 本研究发现，MC-LR对DNA的影响主要来源于MC-LR的次级效应，而不是DNA与MC-LR之间的直接相互作用。

在该研究基础上，刘勇教授作为第一发明人开发了新型产品Bptp-R1并推向市场。这类研究呈现两方面的应用，在环境应用方面可在湖泊内提取核酸，产品能够实现环境核酸的光学检测，结合PCR技术进一步研究藻毒素对核酸复制影响；在生物学应用方面该产品能够实现在真核细胞内灵敏性成像RNA，通过体内RNA成像研究MC-LR对RNA转录的影响。目前这类成果已经实现成果转化，为国内首款核糖核酸荧光检测试剂（图4）。

图3.微囊藻毒素－LR对DNA的影响探究

图4.市场化产品：红色荧光染色剂

成果四

环境核酸与生态系统多样性息息相关，监测生物体内和环境中RNA的变化在研究环境与生物的相互关系中发挥重要作用。团队的该项研究合成了一种新型化合物QOT-NA作为第一个具有大斯托克斯位移的近红外核糖核酸探针，当探针与环境中提取的核糖核酸在水样中结合时，在约660 nm处出现一个强发射峰，荧光强度增加了24倍。成像实验表明，探针QOT-NA进一步研究了核糖核酸毒理学成像，此外核糖核酸探针QOT-NA具有优异的选择性、良好的灵敏度和良好的稳定性，QOT-NA可以作为生物样本研究中一种稳定的核糖核酸检测工具。项目还讨论了探针对核糖核酸的响应原理，为结合PCR技术进一步研究微囊藻毒素－LR对核酸复制的影响提供了重要线索。相关成果以“Constructing a novel near-infrared fluorescent probe with a large Stokes shift for detection of RNA in the cancer cells”为题，发表工程技术期刊Dyes and Pigments（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2022.110126，IF =5.1）。研究生王照民为论文第一作者，刘勇教授为该论文的通讯作者，云南大学为第一通讯单位。

以上研究得到国家自然科学基金面上项目、云南省社会发展专项以及中国科学院战略先导计划支持。

供稿：生态与环境学院

编辑：李哲

责任编辑：陈涛