القای بیان ژن HSP70 در دوکفه‌ای آب شیرین Anodonta cygnea ناشی از مواجهه با CuO-NPs

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه شیلات، دانشکده شیلات و محیط زیست، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

2 دانشیار گروه شیلات، دانشکده شیلات و محیط زیست، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

3 کارشناس ارشد آزمایشگاه مرکزی ژنتیک و بیوتکنولوژی، دانشکده علوم کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

4 دانشجوی دکتری شیلات، گروه شیلات، دانشکده شیلات و محیط زیست، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

چکیده

دوکفه­ای Anodonta cygnea به دلیل مقاومت پایین در برابر تغییرات محیطی به عنوان گونه­ای مناسب در ارزیابی آلودگی اکوسیستم­های آبی مطرح است. امروزه به دلیل کاربرد گسترده نانومواد در صنایع مختلف، نگرانی­های زیادی در خصوص اثرات منفی این مواد بر حیات سیستم­های آبی وجود دارد. در مطالعه حاضر به ارزیابی اثر نانوذرات اکسید مس (II) (CuO-NPs) بر بیان ژن HSP70 در A. cygnea پرداخته شد. بدین منظور، دوکفه­ای­ها طی ۱۲ روز در معرض CuO-NPs با غلظت­های 0 (شاهد)، 25/0،  5/2 و ppm 25 قرار گرفتند. برای ارزیابی تغییرات بیان ژن HSP70، ابتدا توالی این ژن در گونه مورد نظر تعیین شد. در این راستا، یک قطعه 540 نوکلئوتیدی کد کننده HSP70 کلون شد. توالی نوکلئوتیدی HSP70 در A. cygnea به ترتیب دارای 8/19، 7/30، 7/26 و 9/22 درصد از نوکلئوتیدهای A، C، G و T بود. نتایج حاکی از آن بود که مواجهه با CuO-NPs منجر به القای بیان ژن HSP70 در هر دو بافت پا و آبشش شد. اما اختلاف مشاهده شده بین سطح بیان ژن HSP70 در این دو بافت معنی‌دار نبود (05/0P>). همچنین سطح بیان ژن در بافت­های مورد بررسی، با افزایش زمان مواجهه تا 8 روز افزایش یافت اما با گذشت زمان تا روز دوازدهم روند کاهشی نشان داد (05/0≥P). در مجموع، ژن HSP70 در دوکفه­ای A. cygnea دارای میزان بالاتری از نوکلئوتیدهای GC در مقایسه با سایر گونه­های مورد بررسی است و سطح بیان این ژن تحت مواجهه با CuO-NPs افزایش می­یابد، به نحوی­که میزان این افزایش وابسته به غلظت و زمان مواجهه است.

کلیدواژه‌ها


پروانه ا. ۱۳۷۳. بررسی ویژگی­های زیستی و پراکنش صدف آنودونت در حوضه تالاب انزلی. گزارش نهایی پروژه، مرکز تحقیقات شیلاتی استان گیلان، ۴۲ص.

 

 

Bebianno M.J., Gonzalez-Rey M., Gomes T., Mattos J.J.  Flores-NunesF.andBainyA.C.D. 2015.Is gene transcription in mussel gills altered after exposure to Ag nanoparticles? Environmental Science and Pollution Research, 22(22): 17425–17433.

Bierkens J.G.E.A. 2000. Applications and pitfalls of stress-proteins in biomonitoring. Toxicology, 153: 61–72.

Bondarenko O., Juganson K., Ivask A., Kasemets K., Mortimer M. and Kahru A. 2013. Toxicity of Ag, CuO and ZnO nanoparticles to selected environmentally relevant test organisms and mammalian cells in vitro: A critical review. Archives of Toxicology, 87(7): 1181–1200.

Boone A.M. and Vijayan M.M. 2002. Glucocorticoid mediated attenuation of the HSP70 response in trout hepatocytes involves the proteasome. American Journal of Physiology, 283: R680–R687.

Canesi L., Ciacci C., Fabbri R., Marcomini A., Pojana G. and Gallo G. 2012. Bivalve molluscs as a unique target group for nanoparticle toxicity. Marine Environmental Research, 76: 16–21.

Celi M., Vazzana M., Sanfratello M.A. and Parrinello N. 2012. Elevated cortisol modulates Hsp70 and Hsp90 gene expression and protein in sea bass head kidney and isolated leukocytes. General and Comparative Endocrinology, 175(3): 424–431.

Chen X., Zhu Y.H., Cheng X.Y., Zhang Z.W. and Xu S.W. 2012. The protection of selenium against cadmium-induced cytotoxicity via the heat shock protein pathway in chicken splenic lymphocytes. Molecules, 17: 14565–14572.

Cheng P., Liu X., Zhang G. and He J. 2007. Cloning and expression analysis of a HSP70 gene from Pacific abalone (Haliotis discus hannai). Fish and Shellfish Immunology, 22: 77–87.

Chojnacki J.C., Rozinska B., Rudkiewics J. and Smola M. 2011. Biometrics of the swan mussel Anodonta cygnea. Polish Journal of Environmental Studies, 20(1): 225–230.

Conway J.R., Adeleye A.S., Gardea-Torresdey J. and Keller A.A. 2015. Aggregation, dissolution, and transformation of copper nanoparticles in natural waters. Environmental Science and

Technology, 49(5): 2749–2756.

Daughton C.G. 2004. Non-regulated water contaminants: Emerging research. Environmental Impact Asses Review, 24: 711–732.

David C., Metzger Pratt P. and Roberts S.B. 2012. Characterizing the effects of heavy metal and Vibrio exposure on Hsp70 expression in Crassostrea gigas gill tissue source. Journal of Shellfish Research, 31(3): 627–630.

Durnev A.D. 2008. Toxicology of nanoparticles. Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 145(1): 72–74.

Dutton J.M. and Hofmann G.E. 2009. Biogeographic variation in Mytilus galloprovincialis heat shock gene expression across the eastern Pacific range. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 376: 37–42.

Fabbri E., Valbonesi P. and Franzellitti S. 2008. HSP expression in bivalves. Invertebrate Survival Journal, 5: 135–161.

Franzellitti S. and Fabbri E. 2005. Differential HSP70 gene expression in the Mediterranean mussel exposed to various stressors. Biochemical and Biophysical Research Communications, 336: 1157–1163.

Gomes T., Araujo O., Pereira R., Almeida A.C., Cravo A. and Bebianno M.J. 2013. Geno-toxicity of copper oxide and silver nanoparticles in the mussel Mytilus galloprovincialis. Marine Environmental Research, 84: 51–59.

Gomes T., Pinherio J.P., Cancio I., Pereira C.G., Cardoso C. and Bebianno M.J. 2011. Effects of copper nanoparticles exposure in the mussel Mytilus galloprovincialis. Environmental Science and Technology, 45(21): 9356–9362.

Griffitt R.J., Hyndman K., Denslow N.D. and Barber D.S. 2009. Comparison of molecular and histological changes in zebrafish gills exposed to metallic nano-particles. Toxicology Sciences, 107: 404–415.

Hamdoun A.M., Cheney D.P. and Cherr G.N. 2003. Physiology and biomechanics-phenotypic plasticity of HSP70 and HSP70 gene expression in the Pacific oyster (Crassostrea gigas): Implications for thermal limits and induction of thermal tolerance. Biological Bulletin, 205(2): 160–174.

Hanna S.K., Miller R.J. and Lenihan H.S. 2014. Accumulation and toxicity of copper oxide engineered nanoparticles in a marine mussel. Nanomaterials, 4: 535–547.

Iwama G.K., Thomas P.T., Forsyth R.B. and Vijayan M.M. 1998. Heat shock protein expression in fish. Reviews in Fish Biology and Fisheries, 8: 35–56.

Kasana R.C., Panwar N.R., Kaul R.K. and Kumar P. 2016. Copper nanoparticles in agriculture: Biological synthesis and antimicrobial activity. Nanoscience in Food and Agriculture, 3(23): 129–143.

Kohler H.R., Knodler C. and Zanger M. 1999. Divergent kinetics of HSP70 induction in Onniscus asellus (Isopoda) in response to four environmentally relevant organic chemicals (B[a]P, PCB52,-HCH, PCP): Suitability and limits of a biomarker. Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 36: 179–185.

Lakhotia S.C. and Prasanth K.V. 2002. Tissue- and development-specific induction and turnover of hsp70 transcripts from loci 87A and 87C after heat shock and during recovery in Drosophila melanogaster. Journal of Experimental Biology, 205: 345–358.

Lewis S., Donkin M.E. and Depledge M.H. 2001. Hsp70 expression in Enteromorpha intestinalis (Chlorophyta) exposed to environmental stressors. Aquatic Toxicology, 51 (3): 277–291.

Livak K.J. and Schmittgen T.D. 2001. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2-ΔΔCT method. Methods, 25: 402–408.

Lopes-Lima M. 2014. Anodonta anatine. The IUCN Red List of Threatened Species 2014. e. T155667A21400363. Retrieved October 23, 2013, from http://dx. doi.org/10.2305/IUCN.UK.2014-1. RLTS.T155667A21400363.en.

 Luo L., Ke C., Guo X., Shi B. and Huang M. 2014. Metal accumulation and differentially expressed proteins in gill of oyster (Crassostrea hongkongensis) exposed to long-term heavy metal-contaminated estuary. Fish and Shellfish Immunology, 38(2): 318–329.

Moore M.N. 2006. Do nanoparticles present ecotoxicological risks for the health of the aquatic environment? Environment International, 32: 967–976.

Navarro A., Faria M., Barata C. and Pina B. 2011. Transcriptional response of stress genes to metal exposure in zebra mussel larvae and adults. Environmental Pollution, 159: 100–107.

Place S.P., O’Donnell M.J. and Hofmann G.E. 2008. Gene expression in the intertidal mussel Mytilus californianus: Physiological response to environmental factors on a biogeographic scale. Marine Ecology Progress Series, 356: 1–14.

Qadermarzi A., Hedayati A.A., Hossaini A., Moezi F. and Mosavi­ Sabet H. 2017. Effects of exposure to copper oxide nano-particles on histopathological and ultrastructural lesions of gills and mantle organs in freshwater bivalve Anodonta cygnea. Journal of Cell and Tissue, 7(2): 81–88.

Rao J.V., Rani C.H., Kavitha P., Rao R.N. and Madhavendra S.S. 2003. Toxicocity of chlorpyrifos to the fish Oreochromis mossambicus. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 70: 985–992.

Safari R., Shabani A., Ramezanpour S., Imanpour M.R. and Rezvani S. 2014.Alternations of heat shock proteins (hsp70) gene expression in liver and gill of Persian sturgeon (Acipenser persicus Borodin, 1987) exposed to cadmium chloride. Iranian Journal of Fisheries Sciences, 13(4): 979–997.

Sathiyaa R. and Vijayan M.M. 2001. Autoregulation of gluco-corticoid receptor by cortisol in rainbow trout hepatocytes. Cell Physiology, 284: C1508–C1515.

Singer C.H., Zimmermann S. and Sures B. 2005. Induction of heat shock proteins (hsp70) in the zebra mussel (Dreissena polymorpha) following exposure to palatinium group metals (palatinium, palladium and rhodium): Comparision with lead and cadmium exposure. Induction of heat shock proteins (hsp70) in the zebra mussel. Aquatic Toxicology, 75: 65–75.

Tedeschi J.N., Kennington W.J., Berry O., Whithing S., Meekan M. and Mitchell N.J. 2015. Increased expression of HSP70 and HSP90 mRNA as biomarkers of thermal stress in logger head turtle embryos (Caretta caretta). Journal of Thermal Biology, 74: 42–50.

Theodorakis C.W., D’Surney S.J., Bickman J.W., Lyne T.B., Bradley B.P., Hawkins W.E., Farkas W.L., Mc-Carthy J.F. and Shugart L.R. 1992. Sequential expression of biomarkers in bluegill sunfish exposed to contaminated sediment. Ecotoxicology, 1: 45–73.

Umer A., Naveed S. and Ramzan N. 2012. Selection of a suitable method for the synthesis of copper nanoparticles. NANO: Brief Reports and Reviews, 7(5): 1–18.

Venkatesan C., Sahul Hameed A.S., Sundarraj N., Rajkumar T. and Balasubramanian G. 2014. Analysis of immune genes and heat shock protein genes under exposure to white spot syndrome virus (MSSV) and herbal immune stimulant in Ltopenaeus vannamei. Journal of Bacteriology and Parasitology, 5(205): 216–227.

Whitesell L. and Cook P. 1996. Stable and specific binding of heat shock protein 90 by geldanamycin disrupts glucocorticoid receptor function in intact cells. Molecular Endocrinology, 10: 705–712.

ZapataM.,TanguyA.,DavidE.,

Moraga D. and Riquelme C. 2009. Transcriptomic response of Argopecten purpuratus post-larvae to copper exposure under experimental conditions. Gene, 442: 37–46.