Molecular mechanisms of tolerance of Daphnia to microcystins
Hydrogeology, Hydrology, Limnology, Urban Water Management, Water Chemistry, Integrated Water Resources Management
Final Report Abstract
In cyanobakteriellen Massenentwicklungen treten besonders häufig Microcystine auf, die bei Daphnien zu reduziertem somatischen Wachstum und verminderter Reproduktion führen. Mehrfach wurde gezeigt, dass es bei Coexistenz von Daphnien mit Cyanobakterien zu erhöhter Toleranz der Daphnien gegenüber toxischen Cyanobakterien kommt und dass sich Daphnienklone in der Toleranz von Microcystin-haltigen Cyanobakterien unterscheiden.. Das hier durchgeführte Projekt hatte zum Ziel, die genetischen Grundlagen für eine Toleranz gegenüber Microcystinen in Daphnien zu untersuchen. Durch Verwendung eines Microcystin-haltigen Stamms von M. aeruginosa und der entsprechenden MC-freien Mutante gelang es mittels RNA-Seq basierter Transkriptomanalyse differenziell exprimierte Gene (DEGs) in Daphnia magna zu finden, die spezifisch für die An- bzw.- Abwesenheit von Microcystin waren. Eine nachfolgende statistische Analyse von KOG-Kategorien ergab signifikante Microcystin-Effekte für Transportprozesse und für Biosynthese und Katabolismus von Sekundärmetaboliten. Nachfolgende Genexpressionsanalyse ausgewählter Transportergene mittels qPCR bei verschiedenen D. magna Klonen bestätigten diese Ergebnisse und legten nahe, dass ein ABC- und ein Multi-Drug-Transporter sowie eine Permease zur unterschiedlichen Microcystin-Toleranz beitragen. In physiologischen Experimenten mit nachfolgender LC-MS wurde die weit akzeptierte Ansicht, dass in Daphnien Microcystine durch Konjugation an Glutathion detoxifiziert bzw. einer Exkretion zugeführt werden, experimentell getestet. Es konnte gezeigt werden, dass weder dieser Prozess noch andere Konjugations- oder Metabolisierungen von Microcystinen in Daphnien eine Rolle spielen. Vielmehr wurden Hinweise auf den Export von unkonjugierten Microcystinen aus Daphnien gefunden. Insgesamt deuten somit zwei methodisch völlig unabhängige Ansätze, nämlich Untersuchungen zur differentiellen Genexpression und analytische Untersuchungen zur Exkretion, Konjugation und Metabolisierung, darauf hin, dass Transportprozesse und nicht eine Konjugation von Microcystinen bei der Microcystin-Toleranz von Daphnien relevant sind.
Publications
- 2014. Deciphering the genetic basis of microcystin tolerance. BMC Genomics 15: 776
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