实验室研究方向

　　硒资源研究与生物应用湖北省重点实验室瞄准硒科学发展前沿，深化硒的基础研究，强化硒的应用研究。立足资源优势，开展"硒与大健康"的科研攻关，寻求硒资源高效、安全利用的科学依据，促进硒的科研成果转化，探索硒的"产学研用"系统合作模式，突破硒产业发展的关键瓶颈，推动高校与地方经济社会深度融合，提升硒资源附加值，助力硒产业持续健康发展。实验室拟设置五个研究方向：硒的循环调控与高效利用、富硒种质资源的培育与改良、硒的检测技术与标准体系研发、富硒产品的开发与功能评价及硒与人体健康研究。

　　1.硒的循环调控与高效利用

　　立足恩施硒资源优势，研究地表环境中硒的空间分布、赋存形态、迁移转化、生物有效性及综合利用；科学调控土壤、植物、水体等圈层中硒的赋存形态和迁移转化行为，培育绿色富硒农产品，提升硒资源附加值，促进硒产业持续健康发展。具体研究内容如下：

　　(1)硒的赋存形态和迁移转化

　　调查恩施及富硒区岩石、土壤、水体、植物、大气等地表环境中硒的分布、物质种类、结合形态及迁移转化过程，揭示岩石和土壤中硒的富集机理；探明各自然圈层中硒的循环途径、迁移机制及其影响因素；研究土壤/沉积物主要组分与硒的作用过程、机制及其对硒形态分布和有效性的影响。丰富地表环境中硒的生物地球化学循环理论，为合理调控土壤硒的有效性及培育富硒农产品提供科学依据。

　　(2)立足硒资源优势开拓硒资源基地

　　系统采集恩施地区不同地质时代岩石风化区土壤样品，考察各风化区土壤中硒的空间展布和赋存形态，圈定高含量、高活性的富硒土壤分布区，为培育"源于土壤营养的富硒农产品"提供广阔的生产基地；系统采集恩施地区不同地质时代的岩石样品，探明岩石中硒的含量及品位、分布规律、伴生元素等特征及其控制因素，考察各地质时代岩石沉积环境及富硒层位，分析硒矿床的成因及演变过程，为寻找硒矿提供科学依据，为工业炼硒用硒矿、农业硒肥用硒矿提供更多靶区。

　　(3)不同形态硒对重金属的拮抗效应

　　研究地表环境中不同形态硒与镉、铬、汞、砷、铅等重金属的相互作用，考察硒和重金属与金属氧化物、有机质、硅酸盐矿物、微生物等土壤/沉积物主要组分相互作用的耦合效应，揭示土壤-植物-水体系统中硒对重金属的拮抗效应机制及影响因素，同时考察重金属对硒的形态分布和有效性的影响，探索实现"提高硒有效性、降低重金属毒害效应"双赢目标的可行措施，培育绿色富硒农产品，增加土壤、水体中硒资源的附加值。

　　(4)不同形态硒与营养元素的协同作用

　　研究土壤不同形态硒与氮、磷、钾、硫、镁、钙等植物营养元素的相互作用，认识土壤-植物体系中硒与营养元素的耦合效应及影响因素，提升硒与营养元素对植物供给的协同作用，减少农田化学肥料的施用，改善土壤生态环境质量和持续性利用；研究水体中硒与氮、磷、钾等营养元素的相互作用，考察地表水中硒与营养元素对水体富营养化形成的耦合效应及影响因素，为水体富营养化的预防和治理开辟新的思路和途径，改善地表水的环境质量和功能用途。

　　(5)基于硒的迁移转化调控培育富有机硒农产品

　　基于地表环境中硒的物质种类、结合形态和迁移转化，评价土壤、水体、动植物等循环链中不同形态硒对人体的可利用性和安全性；探究合理的农艺措施、功能性硒肥、土壤改良剂等，改良土壤的结构、环境条件和理化性质，调控土壤-植物体系中硒的赋存形态和迁移转化行为，活化土壤硒的有效性，提高植物体硒含量及有机硒比例，为培育富有机硒农产品提供科学依据和可行途径。

　　2.富硒种质资源的培育与改良

　　利用最新生物化学与分子生物学的方法，进一步厘清不同类型生物体内硒的代谢网络，弄清硒蛋白的生物合成及调控的分子机理，为硒生物学功能方面的研究奠定理论基础。根据各种硒蛋白的特性，在生物大分子、细胞、个体等不同生物水平上探究硒对体内氧化还原状态的调节机理和硒蛋白的生理作用。同时，基于高聚硒植物的代谢特点，研究硒在微生物和植物抗逆过程中的分子作用机制，为硒资源的开发利用和硒污染的防治提出针对性的应对策略。具体研究内容如下：

　　(1)特色硒生物种质资源收集、筛选和利用评价

　　收集整理特色种质资源，并进行保存鉴定，结合其对硒的生物利用和重要性状的遗传调控等方面进行筛选和利用评价。特色资源富硒功能基因挖掘与生物育种。对特定种质资源遗传信息进行深度挖掘，筛选硒特性相关核心基因，进而明确特异富硒能力分子机理，促进种质资源创新、开发、改良、利用。

　　(2)微生物、动物、植物的硒代谢网络构建

　　通过多组学联合研究，对比不同硒摄入状态下体内的代谢、转录、翻译及翻译后水平的变化，鉴定出与硒代谢相关的基因、蛋白。然后通过体外活性研究和体内功能验证，构建不同类型生物体内硒的代谢网络。主要包括：①植物的硒代谢网络构建；②动物的硒代谢网络构建；③微生物的硒代谢网络构建。

　　(3)硒蛋白生物合成及调控的分子机理

　　从RNA结构水平精细化研究硒代半胱氨酸掺入蛋白质的机理，从大分子相互作用层次研究其调控机制；利用核糖体工程技术等改造合成途径，增加硒蛋白的表达产量。主要包括：①mRNA结构对硒蛋白翻译的影响；②t RNA^sec结构对硒蛋白翻译的影响；③硒蛋白翻译的核糖体工程。

　　(4)微生物纳米硒工程

　　利用微生物合成的生物源性纳米硒颗粒，改变培养条件，获得生物利用率最高的纳米硒；进而在细胞及个体层面探究纳米硒的功能。代谢工程改造生物合成途径，使其转化硒的能力大幅提升。主要包括：①纳米硒颗粒聚合的过程及机制；②纳米硒颗粒表面功能研究；③微生物消除硒污染研究；④微生物富硒代谢开发。

　　(5)高产硒蛋白微生物的筛选及富硒工程研究

　　利用微生物富硒性能优越，并能通过基因改造进行进一步富硒性能提升的特性，研究微生物富硒的种类筛选及基因改造，达到获取高产硒蛋白微生物的目的，并进行大规模的发酵培养，以获得高产量的硒蛋白。通过微生物富硒的种类筛选，以及优良微生物的进一步基因改良，得到最优的高产富硒微生物，推进微生物产硒蛋白的产业化。

　　3.硒的检测技术与标准体系研发

　　基于现行有机硒含量测定的标准存在富硒产品的效果评价不准确、现行测定方法难以全面开展富硒产品普查工作、产品的硒形态检测标准的科学依据不充分、各类疾病人群和亚健康人群的硒补充基础标准缺乏、不同形态硒对动植物和人体的安全标准欠缺等问题，围绕硒形态分析检测、富硒种养殖标准化、硒产品质量控制标准化、有机硒化合物标准物质库的建立、硒专用离子体射流固体烧蚀光谱(1)建立有机硒化合物标准物质库

　　利用不同植物、微生物硒代谢产生不同形态有机硒的原理，从多种富硒植物和微生物中提取分离有机硒分子的单体，建立有机硒标准品物质库。通过含硒有机化合物标准物质库的建立，为硒的进一步开发利用、作用机制分析、质量标准检测打下基础。

　　(2)构建有机硒分析测试方法体系

　　结合恩施富硒植物资源特点，选取聚硒能力较强的十字花科植物(堇叶碎米荠、甘蓝、萝卜、白菜、西蓝花等)、豆科植物为主要原料，以硒代胱氨酸、甲基硒代半胱氨酸、硒代蛋氨酸为主要特征指标，以硒形态稳定性及分析准确性为基础，针对不同种类植物采取不同提取方法，研究建立硒蛋白形态分析方法。选择离子交换色谱和反相离子对色谱考察多种硒形态分离情况，并通过调节相应的流动相条件，筛选一种分离度高、分析时间短的色谱柱及流动相条件组，建立HPLC分析硒蛋白形态的方法。建立硒蛋白含量分析方法。引入原子荧光、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)等先进仪器技术，建立硒蛋白的定量测定方法。根据试验结果，以硒代胱氨酸、甲基硒代半胱氨酸、硒代蛋氨酸为主要研究特征指标匹配相应生产工艺和检测方法。

　　(3)硒专用离子体射流固体烧蚀光谱仪研发及硒元素的检测

　　目前固体样品中硒的检测前处理复杂、需要化学试剂消解、分析时间长且容易造成二次污染。利用离子体射流的高温可控的特性，开发专用离子体射流固体烧蚀光谱仪，实现对固体样品中硒与镉的高灵敏、高通量、快速同时检测。通过离子体射流固体烧蚀光谱仪研发，对固体样品中硒与镉的高灵敏、高通量、快速同时检测，完成从"实验室"分析到"现场"快检的蜕变。

　　4.富硒产品的开发与功能评价

　　为湖北打造高知名度的农产品，推动硒产业持续健康发展，专注于硒食品的营养与安全性评价及富硒农产品精深加工与智能制造研究，为硒食品精深加工提供理论和技术支撑。重点焦聚产业端标准化、差异化和高端化的技术需求，瞄准基于硒形态的稳态转化富集及基于功能的构效关系，实现湖北特色富硒生物资源基础研究与产业转化的无缝衔接。重点解决含硒农产品及精深加工制品的功能评价、富硒功能食品加工工艺及智能制造、富硒保健软饮料生产工艺及产品研发、富硒大宗粮油现代化加工及市场推广方面的理论与技术难题。具体研究内容如下：

　　(1)富硒生物资源硒形态研究

　　以富有机硒为基础和突破口，打造富硒功能农产品的基础安全标准，以有机硒形态为突破口打造富硒特殊膳食的基本功效功能，研究并建立适用于产业链涵盖原材料、中间体和终端产品稳态控制的高效高性价比检测标准方法、质控标准及标准品，促进富有机硒功能农产品实现可标准化，明确功能性特膳类食品不同功能需求的量效关系。

　　(2)恩施特色食药同源富硒资源挖掘与利用

　　结合华中药库恩施特色食药同源资源，充分探索和研究富有机硒营养强化与食药同源资源，关注特征性及功能性成分表达变化的相关性，并进行功能比较性评估及硒营养强化引发的功能性差异机理研究，进一步发掘和提升地域特色资源的有效开发和利用价值，将硒+X策略延伸至硒食药同源+X层面，实现基于成熟食药同源大宗资源的快速市场转化，以及基于硒营养的品种品质提升。

　　(3)富硒生物资源营养健康功效评价及产品开发

　　研究食品过程调控富硒功能因子富集与保留机制，明晰稳态化加工技术影响富硒食品递送及其构效关系，深入研究硒多糖制备及产业化。围绕免疫调节、炎症抑制、代谢调节、肠道保护、神经保护、记忆改善、肿瘤抑制、情绪改善等领域，结合大健康市场年轻化、普食化、感官化等趋势开发富硒产品，并系统开展富硒产品营养与健康功效评价。

　　5.硒与人体健康研究

　　焦聚湖北省"硒与大健康"产业发展关键瓶颈问题，开展硒对人体健康影响机制的理论与应用研究。调查我国不同地区硒的背景值和特定人群流行病，构建动物疾病模型，阐明硒-硒蛋白的免疫调控机制，明确补硒对免疫相关性疾病(自身免疫性疾病、感染、肿瘤等)的干预机制，解决湖北省硒产业科技支撑体系不完善的关键问题，打造医疗转化中心，促进硒产业向高附加值的医药产业转化，为"硒与大健康"的战略发展提供科学依据和可行方案。具体研究内容如下：

　　(1)硒与脂质泛氧化相关疾病

　　国内外最新研究研究显示：硒蛋白GPX4调控的铁死亡是一种新型细胞死亡方式，多数器官缺血性损伤和退行性病变都由铁死亡引起。利用小鼠、大鼠、巴马猪等模式动物证实具有机硒预防阿霉素蒽环类药物心脏毒性的作用。利用CRISPR/Cas9，ChiP-seq、单细胞测序等分子生物学手段阐明硒通过激活GPX4抑制器官缺血性损伤和退行性病变的作用及分子机制。收集患者的血液标本进行脂质代谢检测，探讨脂质过氧化与脂质泛氧化相关疾病的相关性，筛选关键代谢物。

　　(2)硒蛋白小分子抑制剂与抗肿瘤治疗

　　探究硒蛋白与恶性肿瘤的相关性：收集恩施州中心医院肿瘤患者的正常组织及肿瘤组织标本，通过HIS系统收集患者的临床资料，采用质谱检测组织中硒蛋白的表达，阐明硒蛋白与恶性肿瘤的相关性。高通量筛选GPX4和TrxR1的小分子抑制剂，细胞及动物实验阐明其抗肿瘤的作用机制。

　　(3)硒预防非酒精性脂肪性肝炎(NASH)的作用

　　动物实验证实硒减轻高脂饮食引起的小鼠NASH疾病；多组学筛选潜在调控靶点；利用分子生物学技术手段，包括CRISPR/Cas9，ChiP-seq等阐明硒通过关键基因抑制NASH的作用及分子机制。

　　(4)硒与自身免疫性疾病等的关系

　　构建自身免疫性疾病小鼠疾病模型，系统阐释硒-硒蛋白在调控机体免疫细胞类群平衡、肠道菌群类型多样性的分子机制。开展人体试验进一步阐明缺硒和补硒干预自身免疫性疾病、过敏性疾病、传染性疾病的临床意义。