Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Sử dụng các chủng báo cáo GFP chuyển gen của giun tròn Caenorhabditis elegans để điều tra các kiểu phản ứng căng thẳng được kích thích bởi thuốc trừ sâu và các trích xuất hữu cơ từ đất nông nghiệp
Tóm tắt
Là một loài giun tròn sống tự do, C. elegans tiếp xúc với nhiều loại thuốc trừ sâu được sử dụng trong nông nghiệp, cũng như với các dư lượng hữu cơ bền vững có thể làm ô nhiễm đất trong thời gian dài. Tiếp nối từ nghiên cứu trước đây của chúng tôi về tác động của kim loại đối với 24 chủng báo cáo GFP đại diện cho bốn con đường phản ứng căng thẳng khác nhau ở C. elegans (Anbalagan et al. Ecotoxicology 21:439–455, 2012), chúng tôi hiện trình bày dữ liệu song song về các phản ứng của những chủng này đối với một số thuốc trừ sâu thường dùng. Một số trong số đó, như dichlorvos, đã kích thích nhiều gen phản ứng căng thẳng theo cách phụ thuộc vào nồng độ. Đặc biệt, endosulfan chỉ kích thích một gen (cyp-34A9) lên mức rất cao (8–10 lần) ngay cả ở nồng độ thử nghiệm thấp nhất, với một b plateau rõ ràng ở các liều cao hơn. Các thuốc trừ sâu khác, như diuron, không làm thay đổi đáng kể biểu hiện gen báo cáo ngay cả ở nồng độ thử nghiệm cao nhất có thể, trong khi một số khác (như glyphosate) chỉ làm điều này ở nồng độ rất cao. Chúng tôi cũng đã sử dụng năm báo cáo GFP nhạy cảm để điều tra độ độc hại của nước khí quản đất từ hai địa điểm nông nghiệp ở phía đông nam Tây Ban Nha, được chỉ định là P74 (được sử dụng để sản xuất bông cải xanh, nhưng bị ô nhiễm kim loại nghiêm trọng) và P73 (được sử dụng để trồng xà lách, nhưng chỉ có mức độ kim loại nền). Cả hai mẫu nước khí quản đất đã kích thích tất cả năm gen thử nghiệm ở các mức độ khác nhau, tuy nhiên, các hỗn hợp nhân tạo chứa tất cả các kim loại chính có mặt gần như không có ảnh hưởng nào đến các gen chuyển này. Các hợp chất hữu cơ tan có trong nước khí quản đã được chiết xuất bằng acetone và dichloromethane, sau đó sau khi bay hơi dung môi, các dư lượng hữu cơ đã được hòa tan lại trong nước siêu tinh khiết để tái cấu trúc các thành phần hữu cơ tan của nước khí quản đất ban đầu. Những chiết xuất hữu cơ này đã kích thích biểu hiện gen chuyển với mức độ tương tự hoặc cao hơn so với nước khí quản đất ban đầu. Việc bổ sung các hỗn hợp kim loại tương ứng đã không có tác động, hoặc làm giảm biểu hiện gen chuyển về mức thấy trong nước khí quản đất mà thôi. Chúng tôi kết luận rằng các chất độc chính có trong những mẫu nước khí quản đất này chủ yếu là hữu cơ hơn là kim loại. Các chiết xuất hữu cơ từ một đất chuẩn kiểm soát (Lufa 2.2) có tác động không đáng kể đến biểu hiện của các gen này, và tương tự một số thuốc trừ sâu cũng đã có ít ảnh hưởng đến biểu hiện của một gen myo-3::GFP cấu hình.
Từ khóa
#C. elegans #thuốc trừ sâu #phản ứng căng thẳng #chiết xuất hữu cơ #biểu hiện genTài liệu tham khảo
An JH, Blackwell TK (2003) SKN-1 links C. elegans mesendodermal specification to a conserved oxidative stress response. Genes Dev 17:1882–1893
Anbalagan C, Lafayette I, Antoniou-Kourounioti M, Haque M, King J, Johnsen B, Baillie D, Gutierrez C, Rodriguez Martin J, de Pomerai D (2012) Transgenic nematodes as biosensors for metal stress in soil pore water samples. Ecotoxicology 21:439–455
Bargmann CI (2006) Chemosensation in C. elegans. In: The C. elegans Research Community (ed) Wormbook. doi:10.1895/wormbook.1.123.1. http://www.wormbook.org. Accessed 10 July 2012
Boyd WA, Smith MV, Kissling GE, Rice JR, Snyder DW, Portier CJ, Freedman JH (2009) Application of a mathematical model to describe the effects of chlorpyrifos on Caenorhabditis elegans development. PLoS One 4:e7042
Boyd WA, Smith MV, Kissling GE, Freedman JH (2010) Medium- and high-throughput screening of neurotoxicants using C. elegans. Neurotoxicol Teratol 32:68–73
Candido EPM, Jones D (1996) Transgenic Caenorhabditis elegans strains as biosensors. Trends Biotechnol 14:125–129
Casida JE (2009) Pest toxicology: the primary mechanisms of pesticide action. Chem Res Toxicol 22:609–619
C. elegans Sequencing Consortium (1998) Genome sequence of the nematode C. elegans: a platform for investigating biology. Science 282:2012–2018
Chalfie M, Tu Y, Euskirchen G, Ward WW, Prasher DC (1994) Green fluorescent protein as a marker for gene expression. Science 263:802–805
Chu K, Chow K (2002) Synergistic toxicity of multiple heavy metals is revealed by a biological assay using a nematode and its transgenic derivative. Aquat Toxicol 61:53–64
Cioci LK, Qiu L, Freedman JH (2000) Transgenic strains of the nematode Caenorhabditis elegans as biomonitors of metal contamination. Environ Toxicol Chem 19:2122–2129
David HE, Dawe AS, de Pomerai DI, Jones D, Candido EPM, Daniells C (2003) Construction and evaluation of a transgenic hsp16-GFP-lacZ Caenorhabditis elegans strain for environmental monitoring. Environ Toxicol Chem 22:111–118
de Pomerai DI (1996) Heat shock proteins as biomarkers of pollution. Hum Exp Toxicol 15:279–285
Derry WB, Putzke AP, Rothman JH (2001) Caenorhabditis elegans p53: role in apoptosis, meiosis, and stress resistance. Science 294:591–595
Dhawan R, Dusenbery D, Williams P (1999) Comparison of lethality, reproduction and behaviour as toxicological endpoints in the nematode Caenorhabditis elegans. J Toxicol Environ Health A 58:451–462
Freedman JH, Slice LW, Dixon D, Fire A, Rubin CS (1993) The novel metallothionein genes of Caenorhabditis elegans. J Biol Chem 268:2554–2564
Gomez-Eyles JL, Svendsen C, Lister L, Martin H, Hodson ME, Spurgeon DJ (2008) Measuring and modelling mixture toxicity of imidacloprid and thiacloprid on Caenorhabditis elegans and Eisenia foetida. Ecotoxicol Environ Saf 72:71–79
Guven K, Duce J, de Pomerai DI (1994) Evaluation of a stress-inducible transgenic nematode strain for rapid aquatic toxicity testing. Aquat Toxicol 29:119–137
Guven K, Duce J, de Pomerai DI (1995) Calcium moderation of cadmium stress explored using a stress-inducible transgenic strain of Caenorhabditis elegans. Comp Biochem Physiol 110C:61–70
Hasegawa K, Miwa S, Isomura K, Tsutsumiuchi K, Taniguchi H, Miwa J (2008) Acrylamide-responsive genes in the nematode Caenorhabditis elegans. Toxicol Sci 101:215–225
Haynes CM, Ron D (2010) The mitochondrial UPR—protecting organelle protein homeostasis. J Cell Sci 123:3849–3855
Hunt-Newbury R, Viveiros R, Johnsen R, Mah A, Anastis D, Fang L, Halfnight E, Lee D, Lin J, Lorch A, McKay S, Okada HM, Pan J, Schultz AK, Tu D, Wong K, Zhao Z, Alexeyenko A, Burglin T, Sonnhammer E, Schnabel R, Jones SJ, Marra MA, Baillie DL, Moerman DG (2007) High throughput in vivo analysis of gene expression in Caenorhabditis elegans. PLoS Biol 5:e237
Jadhav KB, Rajini PS (2009) Neurophysiological alterations in Caenorhabditis elegansexposed to dichlorvos, an organophosphorus insecticide. Pestic Biochem Physiol 94:79–85
Jones D, Candido EPM (1999) Feeding is inhibited by sublethal concentrations of toxicants and by heat stress in the nematode Caenorhabditis elegans: relationship to the cellular stress response. J Exp Zool 284:147–157
Kamath RS, Fraser A, Dong Y, Poulin G, Durbin R, Gotta M, Kanapin A, Le Bot N, Moreno S, Sohrmann M, Welchman DP, Zipperlen P, Ahringer J (2003) Systematic functional analysis of the Caenorhabditis elegans genome using RNAi. Nature 421:231–237
Kenyon CJ (2010) The genetics of ageing. Nature 464:504–512
Leung MCK, Williams PL, Benedetto A, Au C, Helmcke KJ, Aschner M, Meyer JN (2008) Caenorhabditis elegans: an emerging model in biomedical and environmental toxicology. Toxicol Sci 106:5–28
Lindblom TH, Pierce GJ, Sluder AE (2001) A C. elegans orphan nuclear receptor contributes to xenobiotic resistance. Curr Biol 11:864–868
Link C, Cypser J, Johnson C, Johnson T (1999) Direct observation of stress response in Caenorhabditis elegans using a reporter trans-gene. Cell Stress Chaperones 4:235–242
Lopez Arias M, Rodriguez JA (2005) Metales pesados, materias organica y otros parametros de la capa superficial de los suelos agricolas y de pastos de la Espana peninsular. I: Instituto Nacional de Investigacion y Tecnologia Agraria y Alimentaria y Ministerio de Educacion y Ciencia (ed) Resultados globales. Ministerio de Educacion y Ciencia, Madrid, p 249
Ma H, Glenn TC, Jagoe CH, Jones KL, Williams PL (2009) A transgenic strain of the nematode Caenorhabditis elegans as a biomonitor for heavy metal contamination. Environ Toxicol Chem 28:1311–1318
Melstrom P, Williams PL (2007) Reversible AChE inhibitors in C. elegans vs. rats, mice. Biochem Biophys Res Commun 357:200–205
Menzel R, Bogaert T, Achazi R (2001) A systematic gene expression screen of Caenorhabditis elegans cytochrome P450 genes reveals CYP35 as strongly xenobiotic inducible. Arch Biochem Biophys 395:158–168
Menzel R, Yeo HL, Rienau S, Li S, Steinberg CEW, Sturzenbaum SR (2007) Cytochrome P450 s and short-chain dehydrogenases mediate the toxicogenomic response of PCB52 in the nematode Caenorhabditis elegans. J Mol Biol 370:1–13
Moilanen LH, Fukushige T, Freedman JH (1999) Regulation of metallothionein gene transcription: identification of upstream regulatory element and transcription factors responsible for cell-specific expression of metallothionein genes from Caenorhabditis elegans. J Biol Chem 274:29655–29665
Mutwakil MHAZ, Reader JP, Holdich DM, Smithurst PR, Candido EPM, Jones D, de Pomerai DI (1997) Use of stress-inducible transgenic nematodes as biomarkers of heavy metal pollution in water samples from an English river system. Arch Environ Contam Toxicol 32:146–153
Negga R, Rudd DA, Davis NS, Justice AN, Hatfield HE, Valente AL, Fields AS, Fitsanakis VA (2011) Exposure to Mn/Zn ethylene-bis-dithiocarbamate and glyphosate pesticides leads to neurodegeneration in Caenorhabditis elegans. NeuroToxicology 32:331–341
Power RS, de Pomerai DI (1999) Effect of single and paired metal inputs in soil on a stress-inducible transgenic nematode. Arch Environ Contam Toxicol 37:503–511
Power RS, de Pomerai DI (2001) Application of a stress-inducible nematode to soil biomonitoring. In: Rainbow PS, Hopkin SP, Crane M (eds) Forecasting the environmental fate and effects of chemicals. Wiley, Chichester, pp 125–138
Rajini PS, Melstrom P, Williams P (2008) A comparative study on the relationship between various toxicological endpoints in Caenorhabditis elegans exposed to organophosphorus insecticides. J Toxicol Environ Health A 71:1043–1050
Rodríguez JA, Lopez Arias M, Grau Corbi JM (2006) Heavy metals contents in agricultural topsoils in the Ebro basin (Spain). Application of the multivariate geo-statistical methods to study spatial variations. Environ Pollut 144:1001–1012
Roh J-Y, Choi J (2008) Ecotoxicological evaluation of chlorpyrifos exposure on the nematode Caenorhabditis elegans. Ecotoxicol Environ Saf 71:483–489
Roh J-Y, Choi J (2011) Cyp35a2 gene expression is involved in toxicity of fenitrothion in the soil nematode Caenorhabditis elegans. Chemosphere 84:1356–1361
Shashikumar S, Rajini PS (2010) Cypermethrin elicited responses in heat shock protein and feeding in Caenorhabditis elegans. Ecotoxicol Environ Saf 73:1057–1062
Sochova I, Hofman J, Holoubek I (2007) Effects of seven organic pollutants on soil nematode Caenorhabditis elegans. Environ Int 33:798–804
Stringham E, Candido EPM (1994) Transgenic hsp16-lacZ strains of the soil nematode Caenorhabditis elegans as biological monitors of environmental stress. Environ Toxicol Chem 13:1211–1220
Sulston JE, Schierenberg E, White JG, Thomson JN (1983) The embryonic cell lineage of the nematode Caenorhabditis elegans. Dev Biol 100:64–119
Swain SC, Keusekotten K, Baumeister R, Sturzenbaum SR (2004) C. elegans metallothioneins: new insights into the phenotypic effects of cadmium toxicosis. J Mol Biol 341:951–959
Thompson G, de Pomerai DI (2005) Toxicity of short-chain alcohols to the nematode Caenorhabditis elegans: a comparison of endpoints. J Biochem Mol Toxicol 19:87–95
Traunspurger W, Haitzer M, Hoss S, Beier S, Ahle W, Steinberg C (1997) Ecotoxicological assessment of aquatic sediments with Caenorhabditis elegans (Nematoda)—a method for testing liquid medium and whole-sediment samples. Environ Toxicol Chem 16:245–250
USEPA (1996) EPA standard method 3540C: soxhlet extraction. US Environmental Protection Agency, Washington DC
Vinogradova I, Cook A, Holden-Dye L (2006) The ionic dependence of voltage-activated inward currents in the pharyngeal muscle of Caenorhabditis elegans. Invert Neurosci 6:57–68
Vinuela A, Snoek LB, Riksen JAG, Kammenga JE (2010) Genome-wide expression analysis in response to organophosphorus pesticide chlorpyrifos and diazinon in C. elegans. PLoS One 5:e12145
Williams PL, Dusenbery DB (1990) Aquatic toxicity testing using the nematode Caenorhabditis elegans. Environ Toxicol Chem 9:1285–1290