Physiological and metabolic effects of glyphosate as the sole P source on a cosmopolitan phytoplankter and biogeochemical implications.
Sci Total Environ · 2022 · 832:155094 · PMID 35398121 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 환경과 생태 > 토양 거동
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영양 조건은 해양 식물플랑크톤의 생리 및 화학량론에 영향을 미친다. 질소(N)와 인(P)과 같은 영양분의 풍부도와 유형에 대한 광범위한 연구가 보고되었으나, P 공급원으로서 포스포네이트의 영향은 덜 이해되고 충분히 탐구되지 않았다. 본 연구에서는 범지구적인 코콜리토포리드인 *Emiliania huxleyi*를 모델 식물플랑크톤으로 사용하여, 인이 고갈된 배양액 및 P가 풍부한 배양액(36 μM 용존 무기인산염[DIP] 포함)과 비교하여 유일한 P 공급원으로서 포스포네이트계 제초제 글리포세이트의 영향을 조사하였다. 우리는 세포 C(탄소):P 및 N:P 비율의 변화와 생리적 성능을 측정하고, 글리포세이트 처리에 대한 *E. huxleyi*의 해당 전사체 및 miRNA체학적 반응을 기록하였다. 우리는 글리포세이트가 개체군 성장을 지지했지만 DIP에 비해 완전한 규모는 아니었으며, 이는 DNA 복제 및 세포 주기 정지 유전자와 성장 조절 miRNA의 협력적 조절 하에 있음을 발견하였다. 더욱이, 우리의 데이터는 *E. huxleyi*가 세포 외 가수분해를 우회하여 글리포세이트를 직접 흡수했으며, 이 과정에는 ABC 수송체가 관여했음을 시사한다. 한편, 글리포세이트로 배양된 배양액은 세포 입자 유기 C(POC) 및 PON 함량, 세포 크기, CO2 고정 및 구연산 주기, 질산염 수송 및 단백질 생합성 관련 유전자 전사를 현저하게 증가시켰다. 그러나 DIP와 비교했을 때 글리포세이트의 최대 흡수율은 33%에 불과했으며, 글리포세이트로 배양된 *E. huxleyi* 세포는 경미한 P 스트레스 증상과 상승된 세포 C:P 및 N:P 비율을 보였다. 흥미롭게도, 글리포세이트로 배양된 세포는 침강 속도가 증가하여, 글리포세이트가 유일한 P 공급원으로서 *E. huxleyi*의 C 수출 효율을 향상시킬 수 있으며, 이는 미래에 영양분이 더 고갈된 해양에서 예상되는 일차 생산성(따라서 탄소 유출) 감소를 보상할 수 있음을 시사한다. 그러나 이러한 생지화학적 함의는 추가적인 연구와 검증이 필요하다.ORIGINAL ABSTRACT
Nutrient conditions influence the physiology and stoichiometry of marine phytoplankton. While extensive studies have documented the effects of abundances and types of nutrients such as nitrogen (N) and phosphorus (P), the effect of phosphonates as a P source is less understood and underexplored. Here, with the cosmopolitan coccolithophorid Emiliania huxleyi as a model phytoplankter, we investigated the effect of the phosphonate type of herbicide glyphosate as the sole P source in comparison with the P-depleted and P-replete (with 36 μM dissolved inorganic phosphate [DIP]) cultures. We measured changes in cellular C (carbon):P and N:P ratios and physiological performance and documented the corresponding transcriptomic and miRNAomic responses in E. huxleyi to glyphosate treatment. We found that glyphosate supported population growth but not to the full scale relative to DIP, and this was under the concerted regulation of DNA replication and cell cycle arrest genes as well as the growth-regulating miRNA. Furthermore, our data suggest that E. huxleyi took up glyphosate directly, bypassing extracellular hydrolysis, and this involved ABC transporters. Meanwhile, glyphosate-grown cultures displayed marked increases in cellular particulate organic C (POC) and PON contents, cell size, and transcription of genes for CO2 fixation and citrate cycle, nitrate transport, and protein biosynthesis. However, compared to DIP, the maximum absorption rate of glyphosate was only 33%, and glyphosate-grown E. huxleyi cells exhibited a mild P-stress symptom and elevated cellular C:P and N:P ratios. Interestingly, glyphosate-grown cells showed an increased sinking rate, suggesting that glyphosate as the sole P source might enhance the efficiency of C export by E. huxleyi, which would compensate for the expected decline in primary productivity (and hence carbon efflux) in the future more nutrient-depleted ocean. This biogeochemical implication needs to be further studied and verified, however.| 저자 | Wang, C.; Sun, X.; Wang, J.; Tang, J. M.; Gu, Y.; Lin, S. |
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| 저널 | The Science of the total environment |
| 권·호·쪽 | 832, 155094 |
| PMID | 35398121 |
| DOI | 10.1016/j.scitotenv.2022.155094 |
| MeSH | Carbon; Glycine; Haptophyta; Phosphates; Phytoplankton; Glyphosate |