Dose-Dependent Intestinal Transcriptomic and Metabolomic Responses to Acute Waterborne Glyphosate Exposure in the Sea Cucumber (Apostichopus japonicus).
Biology (Basel) · 2026 · 15 · PMID 42117832 · 등급5 동물·현장 동물실험 · 환경과 생태 > 수계 오염 · 식이
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글리포세이트는 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 제초제 중 하나이며, 하천, 기수역 및 연안 시스템을 포함한 수생 환경에서 보고가 증가하고 있다. 그러나 저서성 해양 무척추동물에서의 장내 영향에 대한 정보는 여전히 제한적이다. 본 연구에서는 통합 전사체학 및 대사체학 분석을 사용하여 급성 수계 글리포세이트 노출 후의 복족류 *Apostichopus japonicus*의 용량 의존적 장내 반응을 조사하였다. 해삼을 0, 9.23, 46.15, 및 230.77 mg/L의 네 가지 명목 글리포세이트 농도에 대해 24시간 동안 노출시켰다. 사망은 가장 높은 농도 그룹에서만 발생하여, 후속 다중 오믹스 비교를 위해 이 그룹을 고용량 생존자(HL)와 고용량 폐사 개체(HD)로 표현형 계층화할 수 있게 하였다. 주성분 분석 및 직교 부분 최소 제곱 판별 분석은 장내 분자 프로파일에서 명확한 노출 및 표현형 관련 변화를 나타냈다. 차등 발현 분석 및 경로 농축 분석 결과, 저용량 노출은 주로 대사 및 소화 관련 조절과 연관된 반면, 더 높은 노출 수준은 면역 조절, 스트레스 반응 신호 전달, 단백질 항상성 관련 과정 및 세포 운명 관련 경로의 광범위한 교란으로 특징지어졌다. 대사체 프로파일링은 지질, 아미노산, 에너지, 산화환원, 수송 관련 경로의 점진적인 재구성을 추가로 보여주었으며, 가장 광범위한 변화는 HD에서 관찰되었다. 통합 전사체-대사체 분석은 노출 심각도 증가에 따라 점점 더 구조화된 교차 오믹스 공변이를 지지하며, 고용량 글리포세이트 스트레스 하에서의 협응적인 장내계 장애를 강조하였다. 전반적으로, 이러한 발견들은 급성 수계 글리포세이트 노출이 *A. japonicus*에서 용량 의존적 장내 분자 재프로그래밍을 유도하며, 가장 높은 노출 수준에서 생존 개체와 폐사 개체 사이에 뚜렷한 차이가 있음을 보여준다. 본 연구는 대표적인 해양 퇴적물 섭식성 무척추동물에서 글리포세이트에 대한 초기 장내 반응의 기전적 증거를 제공하며, 통제된 노출 실험과 환경적으로 관련된 해양 위험 시나리오를 연결하는 향후 연구의 기반을 제공한다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate is one of the most widely used herbicides worldwide and has been increasingly reported in aquatic environments, including riverine, estuarine, and coastal systems. However, information on its intestinal effects in benthic marine invertebrates remains limited. In this study, we investigated dose-dependent intestinal responses of the sea cucumber Apostichopus japonicus following acute waterborne glyphosate exposure using integrated transcriptomic and metabolomic analyses. Sea cucumbers were exposed for 24 h to four nominal glyphosate concentrations: 0, 9.23, 46.15, and 230.77 mg/L. Mortality occurred only in the highest-concentration group, allowing phenotypic stratification of this group into high-dose survivors (HL) and high-dose dead individuals (HD) for downstream multi-omics comparisons. Principal component analysis and orthogonal partial least-squares discriminant analysis indicated clear exposure- and phenotype-associated shifts in intestinal molecular profiles. Differential expression analysis and pathway enrichment showed that low-dose exposure was mainly associated with metabolic and digestion-related adjustments, whereas higher exposure levels were characterized by broader perturbation of immune regulation, stress-response signaling, proteostasis-related processes, and cell fate-associated pathways. Metabolomic profiling further revealed progressive remodeling of lipid, amino acid, energy, redox, and transport-related pathways, with the most extensive alterations observed in HD. Integrated transcriptome-metabolome analysis supported increasingly structured cross-omics covariation with rising exposure severity, highlighting coordinated intestinal system disruption under high-dose glyphosate stress. Overall, these findings demonstrate that acute waterborne glyphosate exposure induces dose-dependent intestinal molecular reprogramming in A. japonicus, with marked divergence between surviving and dead individuals at the highest exposure level. This study provides mechanistic evidence for early intestinal responses to glyphosate in a representative marine deposit-feeding invertebrate and offers a basis for future studies linking controlled exposure experiments with environmentally relevant marine risk scenarios.| 저자 | Sun, J.; Zhang, L.; Hepburn, C. D.; Kuang, S.; Yang, H. |
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| 저널 | Biology |
| 권·호·쪽 | 15(9) |
| PMID | 42117832 |
| DOI | 10.1186/s12864-015-1254-5 |