Ecotoxicological effects of the herbicide glyphosate in non-target aquatic species: Transcriptional responses in the mussel Mytilus galloprovincialis.
Environ Pollut · 2018 · 237:442-451 · PMID 29505984 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 환경과 생태 > 수생생물 · 사람 · 식이
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글리포세이트는 지난 30년간 전 세계적으로 가장 광범위하게 사용된 제초제이며, 환경 및 인간 건강에 미칠 잠재적 영향에 대한 우려가 증가하고 있다. 최근 연구들에 따르면 글리포세이트는 토양, 지표수, 지하수에 존재하며, 식수, 식물, 동물, 심지어 인간에게서도 먹이 사슬의 모든 단계에서 잔류물이 발견된다. 비록 연구를 통해 글리포세이트가 노출된 유기체에서 광범위한 생물학적 영향을 유발할 수 있음이 입증되었으나, 특히 해양 생물종에 대한 전 지구적인 작용 메커니즘은 여전히 규명될 필요가 있다. 본 연구에서는 환경적으로 현실적인 농도에 노출된 후 해양 이매패류 종에서 글리포세이트의 작용 메커니즘을 최초로 특성화하였다. 이러한 목표를 달성하기 위해 생태학적 및 경제적으로 중요한 종인 지중해 홍합(Mytilus galloprovincialis)을 10, 100, 및 1000 μg/L 농도로 21일 동안 노출시켰고, 소화샘의 전사체 프로파일을 RNA-seq를 통해 조사하였다. 차등 발현 분석 결과, 글리포세이트 농도 10, 100, 및 1000 μg/L에서 각각 총 111개, 124개, 및 211개의 차등 조절 전사체가 확인되었다. 조사된 모든 농도에서 일관되게 차등 발현된 다섯 개의 유전자가 발견되었는데, 여기에는 접힘되지 않은 표적 단백질의 분해 방어에 관여하는 SERP2, 항세포자멸사 단백질 GIMAP5, 그리고 대식세포 자가포식(macroautophagy)과 관련된 MTMR14가 포함되었다. 차등 발현 유전자의 기능 분석은 에너지 대사 및 $\text{Ca}^{2+}$ 항상성, 세포 신호 전달, 소포체 스트레스 반응 등 여러 주요 생물학적 과정의 장애를 보여주었다. 종합적으로 볼 때, 얻어진 결과들은 해양 생태계 내 글리포세이트의 존재가 가장 낮은 농도에서도 상당한 영향을 미치기 때문에 특별한 우려를 제기해야 함을 시사한다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate has been the most widely used herbicide worldwide over the last three decades, raising increasing concerns for its potential impacts on environmental and human health. Recent studies revealed that glyphosate occurs in soil, surface water, and groundwater, and residues are found at all levels of the food chain, such as drinking water, plants, animals, and even in humans. While research has demonstrated that glyphosate can induce a broad range of biological effects in exposed organisms, the global molecular mechanisms of action still need to be elucidated, in particular for marine species. In this study, we characterized for the first time the molecular mechanisms of action of glyphosate in a marine bivalve species after exposure to environmentally realistic concentrations. To reach such a goal, Mediterranean mussels Mytilus galloprovincialis, an ecologically and economically relevant species, were exposed for 21 days to 10, 100, and 1000 μg/L and digestive gland transcriptional profiles were investigated through RNA-seq. Differential expression analysis identified a total of 111, 124, and 211 differentially regulated transcripts at glyphosate concentrations of 10, 100, and 1000 μg/L, respectively. Five genes were found consistently differentially expressed at all investigated concentrations, including SERP2, which plays a role in the protection of unfolded target proteins against degradation, the antiapoptotic protein GIMAP5, and MTMR14, which is involved in macroautophagy. Functional analysis of differentially expressed genes reveals the disruption of several key biological processes, such as energy metabolism and Ca2+ homeostasis, cell signalling, and endoplasmic reticulum stress response. Together, the results obtained suggest that the presence of glyphosate in the marine ecosystem should raise particular concern because of its significant effects even at the lowest concentration.| 저자 | Milan, M.; Dalla Rovere, G.; Smits, M.; Ferraresso, S.; Pastore, P.; Marin, M. G.; Bogialli, S.; Patarnello, T.; Bargelloni, L.; Matozzo, V. |
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| 저널 | Environmental pollution (Barking, Essex : 1987) |
| 권·호·쪽 | 237, 442-451 |
| PMID | 29505984 |
| DOI | 10.1016/j.envpol.2018.02.049 |
| MeSH | Animals; Ecotoxicology; GTP-Binding Proteins; Glycine; Herbicides; Humans; Mytilus; Toxicity Tests; Transcription, Genetic; Water Pollutants, Chemical; Glyphosate |