随着人类社会的发展，大量化学物质随着生产和生活污水排放到环境中，对环境造成了严重的污染。其中有机污染物滴滴涕(DDT)、三丁基锡(TBT)、二恶英(TCDD)和类金属污染物砷因对水生态系统的危害以及对水生生物生存和人体健康造成的损害严重而受到重视。由于这些污染物分子作用机理的复杂性，建立在全基因组水平进行综合分析的毒理基因组学实验动物模型及相应的分析方法显得尤为重要。我们以模式生物原生动物嗜热四膜虫为对象，针对上述四种污染物开展了以下毒理基因组学研究。　　 (一)利用microarray技术分析了在DDT、TBT和TCDD三种污染物分别暴露24小时后嗜热四膜虫的全基因组基因表达情况，随后筛选得到差异表达2倍以上的基因数量如下：DDT(148个)，TBT(253个)，TCDD(608个)；随后用Blast2GO软件进行GO功能注释，得到的注释基因数量分别为：DDT(43个)，TBT(66个)，TCDD(117个)。为了解各毒物主要影响的生物学功能，我们对这些基因进行了富集分析。结果显示，不同毒物暴露下差异表达明显的基因在功能类型上有着显著不同，在功能水平上能够反应毒物的作用特征，其中许多功能和以往多细胞生物中的报道相一致。另外，与DDT和TBT相比，TCDD暴露下四膜虫差异表达基因涉及的分子功能以基因沉默和大分子修饰等为主，可能与表达调控和信号传递相关，与其它基因或因子存在相互作用的可能性较大。因此，我们以TCDD中富集功能注释的基因为核心，以context likelihood ofrelatedness(CLR)算法构建了TCDD相关基因的相互作用网络。该网络可以被划分为4个模块，各模块中的基因簇涉及的功能呈现不同的分布规律。以此为基础，我们把该网络划分为2个亚网络，并在此基础上推测了TCDD在四膜虫中的作用机制模型：TCDD一方面从干扰蛋白质的正常合成，另一方面影响蛋白质的降解过程，引起异常蛋白质的积累，最终干扰细胞生理平衡。　　 (二)利用microarray方法分析了砷酸盐暴露2、6、12、24小时的四膜虫全基因组基因表达情况。4个暴露时间表达上调2倍以上的基因数量分别为1461(2小时)、545(6小时)、727(12小时)、4276(24小时)，其中有GO功能注释的数量分别为293、146、155、802；4个暴露时间表达下调2倍以上的基因数量分别为1267(2小时)、549(6小时)、925(12小时)、3256(24小时)，其中有GO功能注释的数量分别为413、205、318、1313。从差异表达基因的功能富集分析和通路分析两个方面考察了这些基因主要涉及的生物学功能，结果显示富集分析和通路分析结果基本一致并且相互补充，体现了砷对细胞毒性作用机制的主要特点如过氧化毒性和DNA损伤，同时反映出细胞在砷胁迫下作出的自我调节，如谷胱甘肽代谢。而不同时间点主要涉及功能的差异表现出一定的时序性，表现为四膜虫在砷暴露下其生理过程从初期应激→趋于平稳→毒物积累，功能异常→严重危害的变化过程。同时，从上调基因中筛选鉴定到了多个可能在砷代谢解毒过程中扮演重要角色的关键酶，如谷胱甘肽转移酶、谷胱甘肽过氧化物酶、UbiE/COQ5家族甲基化酶等。　　 本研究的结果显示，在有机污染物和类金属污染物两方面，基于全基因组基因表达数据建立的四膜虫模型均能有效反映出毒物作用机制上的特征和区别，具有成为在基因组水平研究毒物作用机制的单细胞生物模型的巨大潜力。同时，筛选到的一系列参与这些污染物代谢的关键酶为建立污染物监测治理方法提供了新线索与新思路。