Glyphosate (Roundup) as phosphorus nutrient enhances carbon and nitrogen accumulation and up-regulates phosphorus metabolisms in the haptophyte Isochrysis galbana.
Sci Total Environ · 2024 · 913:169715 · PMID 38160825 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로 · 제형(GBH)
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식물성 플랑크톤의 무기 인산염 제한은 지구 온난화에 따른 수층화와 지속적인 인위적 질소 과부하로 인한 연안 지역의 질소:인(N:P) 비율 증가로 인해 심화될 수 있다. 이러한 상황에서, 식물성 플랑크톤이 용존 유기 인(DOP)을 이용하는 능력이 종들에게 경쟁 우위를 제공할 것이다. 이전 연구에서 우리는 햅토플랑크톤인 *Isochrysis galbana*가 성장을 지지하기 위해 글리포세이트(Roundup)를 P 영양원으로 사용할 수 있음을 보여주었으나, 그 메커니즘은 아직 탐구되지 않았다. 본 연구에서는 글리포세이트 배양에서 상향 조절된 발현을 보이는 PhnC 유전자 3개(IgPhnCs)가 글리포세이트 흡수에 관여할 가능성이 높으며, PhnK 및 PhnL의 상동체(IgPhnK 및 IgPhnL)는 글리포세이트의 세포 내 분해에 보조적인 지원을 제공하는 것으로 보인다. 한편, 글리포세이트 이용 효율은 인산염과 비교하여 낮았는데, 이는 글리포세이트 흡수와 가수분해가 에너지를 소모하고 글리포세이트가 *I. galbana*에서 산화 스트레스를 유도하기 때문일 수 있다. 또한, 제초제의 표적이 되는 5-엔올피루빌시키메이트 3-인산(EPSP) 합성효소 유전자는 글리포세이트 배양에서 상향 조절되었다. 나아가, 우리의 데이터는 글리포세이트 배양에서 P 대사 경로(전사)의 상향 조절을 보여주었으며, 이는 질산염/아질산염 수송 및 일부 아미노산 생합성의 추가적인 상향 조절을 유도하였다. 한편, 글리포세이트 배양 세포는 더 많은 C와 N을 축적하여 현저하게 높은 C:N:P 비율을 나타냈으며, 이는 상향 조절된 P 대사 경로와 함께 전사 및 후성유전학적 조절을 받았다. 본 연구는 *I. galbana*에 의한 글리포세이트의 P 영양원으로서의 이용 메커니즘에 빛을 비추었으며, 이러한 발견은 생지화학적 함의를 가진다.ORIGINAL ABSTRACT
Inorganic phosphate limitation for phytoplankton may be intensified with water stratification by global warming, and with the increasing nitrogen: phosphorus (N:P) ratio in coastal zones resulting from continuous anthropogenic N overloading. Under these circumstances, phytoplankton's ability to use dissolved organic phosphorus (DOP) will give species a competitive advantage. In our previous study, we have shown that the haptophyte Isochrysis galbana can use glyphosate (Roundup) as a P nutrient source to support growth, but the mechanism of how remains unexplored. Here, we show that three genes encoding PhnC (IgPhnCs), which exhibit up-regulated expression in glyphosate-grown cultures, are probably responsible for glyphosate uptake, while homologs of PhnK and PhnL (IgPhnK and IgPhnL) probably provide auxiliary support for the intracellular degradation of glyphosate. Meanwhile, we found the use efficiency of glyphosate was low compared with phosphate, probably because glyphosate uptake and hydrolysis cost energy and because glyphosate induces oxidative stress in I. galbana. Meanwhile, genes encoding 5-enolpyruvylshikimate 3-phosphate (EPSP) synthase, the target of the herbicide, were up-regulated in glyphosate cultures. Furthermore, our data showed the up-regulation of P metabolisms (transcription) in glyphosate-grown cultures, which further induced the up-regulation of nitrate/nitrite transport and biosynthesis of some amino acids. Meanwhile, glyphosate-grown cells accumulated more C and N, resulting in remarkably high C:N:P ratio, and this, along with the up-regulated P metabolisms, was under transcriptional and epigenetic regulation. This study sheds lights on the mechanism of glyphosate utilization as a source of P nutrient by I. galbana, and these findings have biogeochemical implications.| 저자 | Wang, C.; Zhang, H.; Wang, J.; Sprecher, B.; Lin, S. |
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| 저널 | The Science of the total environment |
| 권·호·쪽 | 913, 169715 |
| PMID | 38160825 |
| DOI | 10.1016/j.scitotenv.2023.169715 |
| MeSH | Glyphosate; Haptophyta; Phosphorus; Nitrogen; Carbon; Epigenesis, Genetic; Phosphates; Nutrients |