橈脚類Eurytemora affinisのトランスクリプトームとその微生物相の溶存銅曝露に対する非連続的反応

水生毒性学
259巻、2023年6月、106546号
橈脚類Eurytemora affinisのトランスクリプトームとその微生物相の溶存銅曝露に対する非連続的反応

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0166445X23001492?via%3Dihub

Decoupled responses of the copepod Eurytemora affinis transcriptome and its microbiota to dissolved copper exposure

著者リンク open overlay panelYannick Colin a b, Caroline Arcanjo c, Claire Da Costa a, Anne-Laure Vivant a, Gauthier Trémolet c, Nathalie Giusti-Petrucciani c, Aurélie Duflot c, Joëlle Forget-Leray c, Thierry Berthe a b, Céline Boulangé-Lecomte c
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https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2023.106546Get 権利と内容
アブストラクト
化学物質の汚染は、河口域や沿岸域の生態系に生息する生物相にとって共通の脅威である。特に重要なのは、微量金属が蓄積されやすく、動物プランクトンなどの小型無脊椎動物に有害な影響を及ぼすことです。動物プランクトンは、水生食物網において植物プランクトンと高次消費者の間の重要な栄養リンクとなっています。汚染による直接的な影響だけでなく、金属曝露が動物プランクトンの微生物相に影響を与え、それが宿主の体力をさらに低下させる可能性があるという仮説を立てました。この仮説を評価するために、セーヌ河口のオリゴ中水域で橈脚類（Eurytemora affinis）を採取し、72時間にわたって溶存銅（25 µg.L-1）に曝露しました。銅処理に対する橈脚類の反応は、E. affinisのトランスクリプトームの変化とその微生物叢の変化を決定することで評価した。予想に反して、銅処理したカイアシ類では、オス・メス両方のサンプルでコントロールと比較して差次的に発現した遺伝子は非常に少なく、一方、80％の遺伝子が性差のある発現を示し、性別による明確な二分化が強調されました。一方、銅は微生物叢の分類学的多様性を高め、フィラレベルと属レベルの両方で実質的な組成の変化をもたらしました。さらに、微生物叢の系統樹的再構成を行ったところ、銅は系統樹の基底の木構造では分類群の系統的関連性を緩和し、一方、末端の枝では強化することが示唆されました。銅処理したカイアシ類では、末端の系統的クラスターが増加し、銅耐性菌として同定されている細菌属（シュードモナス、アシネトバクター、アルカニンディゲス、コルウェリアなど）の割合が高く、ペリプラズム誘導性マルチ銅酸化酵素をコードする copAox 遺伝子の相対存在量も高くなることが一致する。銅の吸収や酵素による変換を行う可能性のある微生物が豊富であることから、動物プランクトンの金属ストレスに対する脆弱性を評価する際には、微生物成分を考慮する必要性があることがわかった。
はじめに
河口は生態学的に生産性が高く、多くの水生生物のライフサイクルと発達に不可欠である（例：摂食、移動経路、繁殖）(Barbier et al., 2011). しかし、これらの生息地は、多くの人為的な妨害を受けている（Chapman and Wang, 2001）。流域の河川への農業、家庭、および産業廃棄物の排出は、金属汚染の主要な原因であり、底生生物相および外洋生物相にとって、また長期的には人間の健康や生態系の完全性にとっても懸念が高まっている（Ip et al.、2007；Kennish、2002）。金属毒性は、血漿と周辺水との間のイオン勾配によって引き起こされるイオン障害に関連し、その結果、生物の浸透調節戦略に影響されることが示唆されている（de Souza Machado et al.、2016）。したがって、河口のような変動の激しい生態系に生息する種における金属の影響を研究することは大きな関心事であるが、ほとんどの研究は淡水生物に焦点を当てている。最も高い金属濃度は、一般的にシンクと考えられる堆積物で測定される（de Souza Machado et al.、2016）。しかし、微量金属は堆積物中に永久に隔離されるわけではなく、再浮遊イベント（潮汐や浚渫など）や堆積物と水の界面を通過する拡散性フラックスから放出されることがある（Dang et al.、2020）。これらの難分解性汚染物質は、食物連鎖に容易に入り込み、生物濃縮して毒性レベルまで蓄積する能力がある（Amoatey and Baawain, 2019）。小型無脊椎動物は、河口生態系における植物プランクトンと高次消費者の間の重要な栄養リンクであるため、水生食物網における生物濃縮の主要な原因となり得るため、金属汚染に対する感度と脆弱性を評価することは重要である（Gagneten and Paggi, 2009; Rogalski et al, 2017）。
表面／体積比が高いカイアシ類では、溶存微量金属の取り込みは、外骨格への吸着と呼吸に必要な透過性表面からの吸収によって起こると考えられる（Rainbow，2018）。主に透過性のあるカイアシ類のクチクラは、クチクラタンパク質の日焼けや石灰化の結果、微量元素の受動的な吸着ゾーンを構成すると考えられる（Rainbow, 1997）。また、橈脚類は受動摂食時に水流を摂取することで溶解した微量金属にさらされるか、飼料中や浮遊するデトリタル粒子に蓄積した微量金属にさらされる（Kadiene et al., 2019; Xu and Wang, 2002）。例えば、先行研究では、セーヌ河口域において、橈脚類のEurytemora affinisは、高い微量金属負荷（μg.g-1 d.w.）によって特徴付けられることが報告された： 0.83 (Cd), 55 (Cu), 22 (Pb), 400 (Zn) (Miramand et al., 2001). さまざまなバイオアッセイに基づき、銅はカイアシ類に重度の酸化ストレスを誘発し、神経インパルスの伝達に関与する酵素であるアセチルコリンエステラーゼを阻害することが報告されている（Kim et al, 2014; Sobrino-Figueroa et al, 2020）。さらに、E. affinisは銅に対する耐性が低く、後者は他の金属に比べてバイオマスへの蓄積（曝露後72時間以内に約40μg/g-1 d.w. ）が速いことが示されている（Zidour et al.、2019）。銅曝露は、カイアシ類のナウプリ生産、発達、死亡率、クチクラ組成に影響を与えることも示されている（Das et al., 2020; Fitzer et al., 2013; Kim et al., 2014; Sobrino-Figueroa et al., 2020）。以前、カイアシ類の他の金属について、遺伝子発現、行動、生存に差があることが示されたことから、銅の性特異的な毒性も予想される（Dasら、2022；Kadieneら、2020、2017；Michalecら、2013）。
上記の直接的な影響以外にも、他の水生生物（二枚貝、魚類、両生類など）では実質的な微生物の変化が実証されているが、生態毒性研究では、金属曝露がカイアシ類の微生物相に及ぼす影響についてほとんど取り上げられていない（Iannelloら、2021；Kakadeら、2020；Zhengら、2021）。甲殻類を含め、微生物叢が免疫防御や消化など宿主の主要な生理機能に関与していることが認められるようになったため、微生物成分の改変は大きな関心事である（Akbarら、2022年）。カイアシ類の外骨格と消化器官は、微生物の付着と増殖に有利な2つのニッチを構成し（Carman and Dobbs, 1997; Nagasawa and Nemoto, 1988）、その分類学的組成は周辺水域のものと対照的である（Corte et al, 2014; Moisander et al, 2015; Shoemaker and Moisander, 2015）．現在までに、銅に曝露されたE. affinisにおいて、好気性好中性従属栄養培養菌叢の著しい減少が実証されているが（Zidour et al., 2019）、金属汚染がカイアシ類の微生物叢に及ぼす変化についてより深く理解するためにはさらなる研究が必要である。
このような背景から、本研究の目的は、塩化銅（II）として投与された銅への曝露がE. affinisに及ぼす影響を、宿主と微生物叢の両レベルにおける分子変化に対処する包括的な統合的分析を用いて探ることであった。銅ストレスがE. affinisのトランスクリプトーム変化を引き起こし、さらに性差がある可能性があること、また、金属排出や変換・隔離プロセスに関連した銅抵抗性の遺伝的決定因子を持つ微生物が選択されるように宿主微生物相が変化すること、が仮説であった。E. affinisは、短い世代時間（すなわち約20日）、性的二型性（すなわち、雄には有棘触角があり、雌には翅状の拡張がある）およびゲノムの利用可能性から、生態毒性学モデルに適している（Katona、1975、1971；Kwokら、2015）。この種は北半球の河口域に広く分布しており（Kwok et al.、2015）、この生息地の健康状態の良い指標となっている。銅は、文献でかなりの毒性データが得られている懸念される金属汚染物質の一つであるため、カイアシ類の金属曝露後のトランスクリプトームおよびマイクロバイオータ効果を評価するためのモデル毒物として使用されました。
セクションの抜粋
サンプリングと実験デザイン
Tancarvilleステーション（緯度49 28′19.24′'N, 経度0 27′55.303′'E, Normandie, France）のセーヌ河口のオリゴ・メソハリン帯で2019年6月の干潮時にコープポッドをサンプリングしました。WP2プランクトンネット（200 µmメッシュサイズ）で採集し、すぐに4つの連続した篩で洗浄し、大きな粒子と捕食者を確実に除去した。橈脚類は、500 µmと250 µmのメッシュサイズの篩で集められ、セーヌ川水中の等温容器に移されました。
宿主トランスクリプトームシーケンス解析（RNA-seq）
サンプルのPCoAでは、宿主の性別が明確に二分され、第1軸が全変動の96%を説明した（図1A）。銅処理したカイアシ類とコントロールは、PCoAでは識別できなかった。雌雄の明確な二分化は、差分発現解析でも確認され、雌雄の20,491遺伝子のうち、16,470（約80％）が雌に比べて雄のサンプルで差分発現していた（銅曝露とコントロールの組み合わせで
ディスカッション
本研究では、銅（25 µg.L-1）の72時間暴露に対するカイアシ類とその微生物叢の共同反応を調べた。カイアシ類のトランスクリプトーム解析と微生物叢の分類学的・系統学的特徴付けにより、金属ストレスをより総合的に捉え、カイアシ類の遺伝子発現と微生物叢のディスバイオシスとの相互作用の可能性を明らかにした。ヨーロッパの海水環境における溶存銅濃度の測定値
結論
本研究の結果は、金属ストレスが河口域の動物プランクトンとその微生物相に及ぼす影響に関する現在の知見の不足を解消するのに役立つものです。銅への曝露により、動物プランクトンのトランスクリプトームは変化せず、微生物相は多様性と組成が大きく変化するという不可解な現象が見られた。複数のサンプリング時間を持つ実験デザインであれば、銅に対するE. affinisの反応について、おそらくより深く理解できたと思われる。
CRediTのオーサーシップ貢献声明
Yannick Colin：方法論、バリデーション、形式分析、データキュレーション、執筆（原案）。キャロライン・アルカンジョ 方法論、検証、調査、形式分析、データキュレーション、執筆（原案）。Claire Da Costa: 調査、執筆-レビューと編集。Anne-Laure Vivant（アンヌ＝ロール・ヴィヴァン）： 調査、執筆-レビューと編集。Gauthier Trémolet（ゴティエ・トレモレ）：調査 調査 Nathalie Giusti-Petrucciani：調査。Aurélie Duflot：調査。Joëlle Forget-Leray：調査： Joëlle Forget-Leray：資金獲得、リソース。
競合する利益に関する宣言
著者らは、本論文で報告された研究に影響を及ぼすと思われる競合する金銭的利益や個人的な関係がないことを宣言するものである。
謝辞
建設的な議論と助成金申請書作成のサポートをしてくださったF. Petit教授に感謝します。
資金提供
本研究は、Région Normandie（助成番号18E01758/18P02520）の助成を受けています。
参考文献(97)
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