Transcriptomic and behavioral analyses reveal unique target tissues and molecular pathways associated with embryonic exposure to low level glyphosate and metal mixtures in zebrafish.
Sci Total Environ · 2024 · 912:169271 · PMID 38114029 · 등급5 동물·현장 원저 · 환경과 생태 > 수생생물 · 사람 · 식이
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환경적으로 관련된 농약 혼합물에 노출된 후의 발달 분자적 사건을 조사하는 것은 잠재적인 장기적인 생태학적 및 인간 건강 위험을 예측하는 데 매우 중요하다. 본 연구에서는 글리포세이트와 금속에 대한 공동 노출 이후 제브라피쉬(Danio rerio) 배아 발달 과정 중의 전사체 변화를 규명하고자 하였다. 글리포세이트는 전 세계적으로 널리 사용되며 허용 가능한 식수 기준치는 700 ppb이다. 본 연구에서는 글리포세이트 (10 ppb) 단독 노출과 아연(4 ppb), 납(5 ppb), 카드<0xEB><0xAE><0xB4>(2 ppb), 바나듐(15 ppb)의 낮은 수준을 포함하는 금속 혼합물에 공동 노출되었을 때의 영향을 조사하였다. 이 혼합물은 글리포세이트와 금속이 어디에나 존재하는 농업 지역에서 발견되는 행동학적 및 형태학적 독성 소견과 환경적으로 관련된 농도를 기반으로 유래하였다. 단일 세포 전사체 데이터 세트에 결합된 유전자 발현 패턴을 분석한 결과, 글리포세이트에 대한 발달 노출(수정 후 28-72시간)이 중추신경계 특이적 발달 유전자의 발현을 조절 이상하게 함을 보여주었다. 후속 연구에서는 10 ppb의 글리포세이트 노출 시 유생 제브라피쉬 운동성이 현저히 억제됨을 나타냈다. 글리포세이트 + 금속 혼합물 및 금속 혼합물 단독으로 수행된 연구는 글리포세이트 단독 노출과 비교하여 고유한 발달 전사체 패턴과 행동 변화를 보였다. 그러나 일부 결과(예: 후성유전 조절 및 세포외 기질 패턴화와 관련된 유전자 발현의 변화)는 대조군 대비 세 가지 노출 모두에서 공통적으로 나타났다. 특히, 글리포세이트 + 금속 공동 노출은 리소좀 전사체와 신장 발달 유전자를 뚜렷하게 억제하였다. 글리포세이트와 금속 간의 정확한 상호작용 특성을 규명하기 위해서는 추가 연구가 필요하지만, 본 연구는 매우 낮은 수준의 글리포세이트가 금속이 존재할 때 변화하는 행동 독성 및 신경독성 물질임을 보여준다. 이 제초제가 금속과 공동 노출될 때 신장 발달 및 리소좀 조절 이상을 포함하여 특이한 생리 과정을 영향을 미치므로, 환경적 양이온 수준은 글리포세이트의 독성 및 위험 평가에 고려되어야 한다고 결론지었다.ORIGINAL ABSTRACT
Investigation of developmental molecular events following exposure to environmentally relevant agrochemical mixtures is critical to predicting their potential long-term ecological and human health risks. Here, we sought to uncover transcriptomic changes during zebrafish (Danio rerio) embryonic development following exposure to glyphosate and co-exposure to metals. Glyphosate is widely used globally with an allowable drinking water limit of 700 ppb. We examined effects of glyphosate (10 ppb) alone and when co-exposed to a metal mixture containing low levels of arsenic (4 ppb), lead (5 ppb), cadmium (2 ppb), and vanadium (15 ppb). This mixture was derived based on behavioral and morphological toxicity findings and environmentally relevant concentrations found in agricultural regions where glyphosate and metals are ubiquitously present. Gene expression patterns coupled to a single-cell transcriptomic dataset revealed that developmental exposure (28-72 h post fertilization) to glyphosate dysregulates expression of developmental genes specific to the central nervous system. Subsequent studies indicated significant suppression of larval zebrafish movement with 10 ppb glyphosate exposure. Studies with glyphosate + metals mixture and metals mixture alone showed unique developmental transcriptomic patterns and behavioral changes compared to glyphosate exposure alone. However, some outcomes (e.g., changes in expression of genes involved in epigenetic regulation and extracellular matrix patterning) were common across all three exposures compared to the control. Notably, glyphosate + metals co-exposure distinctly suppresses lysosomal transcripts and targets renal developmental genes. While further studies are required to uncover the precise nature of the interactions between glyphosate and metals, our study shows that glyphosate at very low levels is a behavioral and neurotoxicant that changes when metals are present. Given this herbicide affects distinctive physiological processes, including renal development and lysosomal dysregulation when co-exposed with metals, we conclude that environmental cation levels should be considered in glyphosate toxicity and risk assessment.| 저자 | Babich, R.; Merutka, I.; Craig, E.; Harichandara, A.; De Silva, P. M. C. S.; Gunasekara, T. D. K. S. C.; Jayasundara, N. |
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| 저널 | The Science of the total environment |
| 권·호·쪽 | 912, 169271 |
| PMID | 38114029 |
| DOI | 10.1038/s41598-018-26499-x |
| MeSH | Animals; Humans; Glyphosate; Zebrafish; Epigenesis, Genetic; Herbicides; Gene Expression Profiling |