Photophysiological and transcriptomic response to the broad-spectrum herbicides atrazine and glyphosate in a photosynthetic picoeukaryote.
Microb Genom · 2025 · 11 · PMID 40560168 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 농업과 정책 > 기타·종설 · 식이
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증가하는 세계 인구를 먹여 살리기 위해 집약적 농업은 생산성을 극대화하기 위해 제초제에 의존하고 있으나, 이는 특히 물 유출 시스템을 통한 생태계에 광범위한 환경 영향을 초래한다. 최소 게놈을 가진 피코진핵생물(Picoeukaryotes)은 환경에서 비표적종에 대한 제초제의 작용 방식을 모델링하는 데 활용될 수 있다. Picochlorum sp. SENEW3 (P. SENEW3)는 포이키할린 녹조류이며, 작은 게놈과 견고한 성장 특성 덕분에 유용한 모델 피코진핵생물이다. 본 연구에서는 P. SENEW3가 두 가지 일반적인 제초제인 아트라진(atrazine)과 글리포세이트(glyphosate)의 sublethal 농도에 반응하는 생장, 광생리학적 및 전사체학적 반응을 조사하였다. 아트라진 처리는 평균 광합성 최대 수율($F_v/F_m$)의 46% 감소와 형광 최소값($F_o$)의 83% 증가를 유발하였으며(P<0.0001), 글리포세이트 처리는 형광 최대값($F_m$)의 평균 30% 감소를 유발하였다(P<0.0001). 아트라진 처리는 유전자 발현 및 리보솜 소단위체, 카로티노이드 생합성, 탄소 고정에 주로 관여하는 18개 유전자의 전사 증가와 DNA 복제 및 세포 주기에 주로 관련된 27개 유전자의 전사 감소를 동반하며 유의미한 전사체학적 변화(P<0.01, 1.5 log2 fold change ratio)를 초래하였다. 글리포세이트 처리는 에너지 생성 및 산화환원계, 엽록체 비광화학 소광과 관련된 45개 유전자의 전사체 풍부도 증가와 아미노산 및 단백질 합성에 주로 관련된 188개 유전자의 전사 감소를 초래하였다. 두 제초제 모두 질소 동화 클러스터의 전사체 풍부도 감소를 가져왔다. 이러한 결과는 일반적으로 사용되는 제초제가 연안 일차 생산자에게 부정적인 영향을 미칠 잠재력이 있음을 강조하며, P. SENEW3가 이 생태학적으로 중요한 유기체군에 대한 원예 화합물 및 농업 관행의 영향을 평가하는 견고한 모델로서의 가치를 입증한다.ORIGINAL ABSTRACT
To feed the growing global population, intensive agriculture relies on herbicides to maximize productivity, but these come with broad-reaching environmental impacts, particularly deleterious effects on ecosystems through water run-off systems. Picoeukaryotes, with minimal genomes, can be employed to model the modes of action of herbicides on off-target species in the environment. Picochlorum sp. SENEW3 (P. SENEW3) is a poikilohaline green alga and serves as a useful model picoeukaryote due to its small genome and robust growth characteristics. Here, we examined the growth, photophysiological and transcriptomic responses of P. SENEW3 to sublethal concentrations of two common herbicides: atrazine and glyphosate. Atrazine treatment resulted in significant (P<0.0001) reductions in mean photosynthetic maximum yield (Fv/Fm) of 46% and an increase in fluorescence minimum (Fo) of 83%, while glyphosate treatment resulted in a significant (P<0.0001) 30% mean reduction in fluorescence maximum (Fm). Atrazine treatment resulted in significant transcriptomic changes (P<0.01, 1.5 log2 fold change ratio), with increased transcription of 18 genes largely involved in gene expression and ribosomal subunits, carotenoid biosynthesis, carbon fixation and reduced transcription of 27 genes largely related to DNA replication and cell cycle. Treatment with glyphosate resulted in increased transcript abundance of 45 genes, most notably those related to energy generation and redox, and chloroplastic non-photochemical quenching and reduced transcription of 188 genes, largely involved in aa and protein synthesis. Both herbicides resulted in a reduced abundance of transcripts for a nitrogen assimilation cluster. These results highlight the potential for commonly used herbicides to have adverse effects on coastal primary producers and demonstrate the value of P. SENEW3 as a robust model for evaluating the impacts of horticultural compounds and agricultural practices on this ecologically important group of organisms.| 저자 | da Roza, P. A.; Collier, T. R.; Goold, H. D.; Tetu, S. G.; Paulsen, I. T. |
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| 저널 | Microbial genomics |
| 권·호·쪽 | 11(6) |
| PMID | 40560168 |
| DOI | 10.1021/jf904121y |
| MeSH | Glyphosate; Atrazine; Herbicides; Glycine; Photosynthesis; Transcriptome; Chlorophyta; Gene Expression Profiling |