Quantification of the Potential Impact of Glyphosate-Based Products on Microbiomes.
J Vis Exp · 2022 · PMID 35068479 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로 · 미생물 · 제형(GBH)
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글리포세이트계 제초제(GBP)는 전 세계적으로 가장 흔한 광범위 스펙트럼 제초제이다. 글리포세이트의 표적은 식물에서 거의 보편적인 시키미산 경로에 있는 효소인 5-엔올피루빌시키미산-3-인산 합성효소(EPSPS)이다. 이 효소의 저해는 페닐알라닌, 티로신, 트립토판이라는 세 가지 필수 아미노산의 생성을 중단시킨다. EPSPS는 또한 고세균과 박테리아와 같은 곰팡이 및 원핵생물에도 존재하므로, GBP의 사용은 토양, 식물, 초식동물 및 이차 소비자 등의 미생물총 구성에 영향을 미칠 수 있다. 본 논문은 현장 실험부터 생물정보학 분석까지 GBP가 미생물총에 미치는 영향을 평가하기 위한 일반적인 지침을 제시하고 몇 가지 검증 가능한 가설을 제공하는 것을 목표로 한다. GBP가 비표적 유기체에 미치는 영향을 테스트하기 위해 두 가지 현장 실험이 제시되었다. 첫째, 무경운 재배를 모방한 10개의 반복된 대조구 및 GBP 처리 구역에서 식물 관련 미생물이 채집되어 분석되었다. 둘째 실험에서는 글리포세이트 잔류물을 포함하는 가금 분뇨 또는 비처리 대조 분뇨로 비료 처리된 실험 구역의 샘플을 얻었다. EPSPS 단백질 서열에 대한 생물정보학적 분석은 미생물이 글리포세이트에 대해 가질 수 있는 잠재적 민감도를 결정하는 데 사용되었다. GBP가 미생물총에 미치는 영향을 추정하는 첫 단계는 표적 효소(EPSPS)에 대한 잠재적 민감도를 결정하는 것이다. 미생물 서열은 공개 저장소 또는 PCR 증폭을 통해 얻을 수 있다. 그러나 대부분의 현장 연구에서 미생물총 구성은 16S rRNA 및 내부 전사 스페이서(ITS)와 같은 보편적 DNA 마커를 기반으로 결정되어 왔다. 이러한 경우, 글리포세이트에 대한 민감도는 근연종을 이용한 EPSPS 서열의 확률론적 분석을 통해서만 추정할 수 있다. EPSPS 효소를 기반으로 유기체의 잠재적 민감도를 정량화하는 것은 표적 및 비표적 저항 메커니즘을 연구하기 위한 추가 실험에 강력한 접근법을 제공한다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate-based products (GBP) are the most common broad-spectrum herbicides worldwide. The target of glyphosate is the enzyme 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS) in the shikimate pathway, which is virtually universal in plants. The inhibition of the enzyme stops the production of three essential amino acids: phenylalanine, tyrosine, and tryptophan. EPSPS is also present in fungi and prokaryotes, such as archaea and bacteria; thus, the use of GBP may have an impact on the microbiome composition of soils, plants, herbivores, and secondary consumers. This article aims to present general guidelines to assess the effect of GBP on microbiomes from field experiments to bioinformatics analyses and provide a few testable hypotheses. Two field experiments are presented to test the GBP on non-target organisms. First, plant-associated microbes from 10 replicated control and GBP treatment plots simulating no-till cropping are sampled and analyzed. In the second experiment, samples from experimental plots fertilized by either poultry manure containing glyphosate residues or non-treated control manure were obtained. Bioinformatics analysis of EPSPS protein sequences is utilized to determine the potential sensitivity of microbes to glyphosate. The first step in estimating the effect of GBP on microbiomes is to determine their potential sensitivity to the target enzyme (EPSPS). Microbial sequences can be obtained either from public repositories or by means of PCR amplification. However, in the majority of field studies, microbiome composition has been determined based on universal DNA markers such as the 16S rRNA and the internal transcribed spacer (ITS). In these cases, sensitivity to glyphosate can only be estimated through a probabilistic analysis of EPSPS sequences using closely related species. The quantification of the potential sensitivity of organisms to glyphosate, based on the EPSPS enzyme, provides a robust approach for further experiments to study target and non-target resistant mechanisms.| 저자 | Mathew, S. A.; Muola, A.; Saikkonen, K.; Saloniemi, I.; Helander, M.; Puigbò, P. |
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| 저널 | Journal of visualized experiments : JoVE |
| 권·호·쪽 | (179) |
| PMID | 35068479 |
| DOI | 10.3791/63109 |
| MeSH | 3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; Glycine; Herbicide Resistance; Herbicides; Microbiota; RNA, Ribosomal, 16S; Glyphosate |