全氟辛（磺）酸异构体和手性对映体对拟南芥的脂质损伤识别及微观机制

Perflurorooctanoic acid (PFOA) and perfluorooctane sulfonic acid (PFOS) have several diastereomers and enantiomers which have different selectivity during their transportation between phases. They are able to interfere lipid metabolism in organism due to their similar structure to fat acids. Recent researches uncover PFOA and PFOS could accumulate in plants. However, the illegibility of the bioaccumulation of PFOA/S diastereomers and enantiomers in plants and their toxicity on lipid damage are found. We plan to select Arabidopsis to perform sterile experiments. Based on the development of diastereomer and enantiomer separation method, distribution characteristics of diastereomers and enantiomers in the leaves for Arabidopsis will be studied; Using the technology of lipidomics, biomarkers of lipid damage by PFOA/S diastereomers and enantiomers in the testing plant will be identified for damage determination; Based on the bioinformation of lipid metabolism pathway, the metabolism pathway map of lipid damage of Aradiopsis will be analyzed and the micro-mechanism of therein will be clarified；Based on the behaviors of PFOA/S diastereomers and enantiomers and the lipid damage of Arabidopsis, the micro-mechanism of lipid damage difference will be comprehensively obtained. The project will deepen the insight on the behavior and toxicity of PFOA/S and provide theoretical foundation for accurate ecological risk identification of PFASs.

全氟辛（磺）酸（PFOA和PFOS）具有多个异构体及手性对映体，在相间迁移过程中会发生异构体及手性对映体分化，其结构与脂肪酸类似，可干扰脂质代谢。近期研究发现，PFOA和PFOS能在植物体内富集。然而植物体内PFOA和PFOS异构体和手性对映体的富集规律及脂质损伤机制尚不清楚。本项目拟选取拟南芥为模式生物，通过无菌培养实验，在异构体和手性对映体半制备的基础上，研究PFOA和PFOS在拟南芥叶片中异构体和手性对映体分布规律和选择性特征；应用脂质组学技术，获得PFOA和PFOS异构体和手性对映体对拟南芥脂质损伤的生物标志物，判断其损伤程度；结合拟南芥脂质代谢通路信息，获得拟南芥脂质损伤的代谢通路图，揭示其微观机制；最后综合分析，获得PFOA和PFOS异构体和手性对映体对拟南芥脂质损伤差异的微观机制。本研究将丰富PFOA和PFOS行为和毒性机理的认识，为此类污染物的生态风险精准识别提供理论依据。

针对PFOA和PFOS直链与支链异构体，进行了拟南芥无菌水培暴露实验。通过高通量的非靶向代谢、脂质和蛋白组学方法，对损伤效应和微观机制进行了全面评估。研究了拟南芥叶片在整个生长期（30天）中暴露于不同浓度、不同结构的PFOA和PFOS后，内源代谢特征的差异变化。通过PCA、PLS-DA、OPLS-DA方法分析所有代谢物差异性，通过VIP值和p值临界值，筛选出生物标志物。PFOA及其直链和支链异构体暴露实验中，筛选出65种差异代谢物。色氨酸途径代谢物的大量上调；糖类、核酸类和黄酮类均表现出下调趋势；直链PFOA暴露组中，主要通过加强黄酮代谢物和芥子酸氧化还原过程来去除ROS损伤，而支链暴露组中，主要通过莽草酸和黄酮代谢路径来去除ROS损伤。PFOS及其异构体暴露实验。PFOS对拟南芥的影响存在不同水平的差异，发现随着浓度的升高差异中代谢物种类呈现出上升的趋势，而代谢路径的影响范围呈现出先上升后下降的趋势。针对PFOS异构体的研究发现，50种内源代谢物受到直链PFOS的影响，34种内源代谢物受到支链PFOS的影响。发现直链和支链PFOS均对氨酰tRNA生物合成和氨基酸的代谢产生了影响，而仅直链PFOS对淀粉和蔗糖代谢产生了影响。从生物标志物的数量上来看，直链PFOS损伤效应较大，而从氨基酸和氨酰tRNA生物合成的损伤程度来看，支链PFOS的毒性大于直链。同时从氧化应激、植物激素信号传导、DNA损伤、细胞膜干扰、拟南芥特征抗毒素介导等5个方面推断了PFOS对拟南芥的损伤机制。在蛋白组学实验中，代谢组学发现的苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸代谢路径上调的现象在蛋白组学实验中也有呈现。植物体胁迫的典型路径，包括莽草酸途径和吲哚类、芥子油苷类代谢物生物合成均与代谢组学呈现出相同的趋势。该研究的结果和发现，能够为后期全氟化合物的生态风险的研究，提供更好的理论基础。