Küresel ısınma ve glyphosate toksisitesi; bir sonraki nesili de içeren davranışsal, moleküler, metabolomik ve fizyolojik analizler ile kapsamlı bir zebra balığı (Danio rerio) modelemesi
Global warming and glyphosate toxicity; a comprehensive zebrafish (Danio rerio) modelling with behavioral, molecular, metabolomic and physiological analyzes including the offspring
Yazar: EKREM SULUKAN
Danışman: PROF. DR. SALTUK BUĞRAHAN CEYHUN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Su Ürünleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Su Ürünleri = Aquatic Products
Dizin: Anksiyete = Anxiety ; Küresel ısınma = Global warming ; Metabolomikler = Metabolomics ; Sirkadiyen ritim = Circadian rhythm ; Zebra balığı = Zebrafish

Özet:
Amaç: Bu tez çalışmasında; küresel ısınmadaki sıcaklık artış değerleri dikkate alındığında, 0.5 °C'lik sıcaklık farklılıklarında glyphosate'ın bir model organizma olan zebra balıkları üzerindeki çeşitli biyokimyasal, moleküler ve davranışsal parametrelerle etkilerinin incelenmesi ve bu balıklardan alınan yeni nesil üzerindeki gelişim toksisitesinin araştırılması amaçlanmıştır. Ayrıca bu sıcaklık artışlarının zebra balıklarında doku bazlı metabolik yolakları nasıl etkilediği de tespit edilmeye çalışılmıştır.
Yöntem: Bu amaçla; yetişkin zebra balıkları 28.5 – 29.0 – 29.5 – 30.0 °C'lik dört farklı sıcaklıkta 1 ve 5 ppm dozlarında 96 saatlik glyphosate maruziyetine bırakılmıştır. Maruziyet süresinin sonunda yetişkin balıklarda anksiyete ve sirkadiyen ritim davranış analizleri yapılmıştır. Daha sonra balıklardan alınan beyin örneklerinde histopatolojik, immunohistokimyasal ve metabolomik analizler yapılmıştır. Yetişkin balıklardan elde edilen yeni nesil larvalarda meydana gelebilecek morfolojik değişimler incelenmiş ve glyphosate'ın toksisitesi sonraki nesil üzerinde test edilmiştir. 
Bulgular: Elde edilen veriler incelendiğinde, doz ve sıcaklık artışına paralel olarak glyphosate'ın zebra balıklarında ansiyete benzeri davranışlar oluşturduğu, sirkadiyen ritimi bozduğu, beyindeki histopatolojik bulguları artırdığı ve 5-HT4R ve GNAT2 immünopozitifliğine sebep olduğu tespit edildi. Metabolom analizi sonucunda, sıcaklık artışı ve glyphosate maruziyetinin sinerjik etkisi nedeniyle otuzdan fazla açıklamalı metabolit belirlenmiştir. Glyphosate maruziyeti olan ebeveynlere uygulanan 0.5 °C'lik sıcaklık artışına paralel olarak yavrularda fizyolojik ve morfolojik anormallikler meydana gelmiştir. Ayrıca, ebeveynlerin maruz kaldığı sıcaklık artışlarının, yavrularda ışık sinyali iletimini ve serotonin yollarını etkilediği, daha fazla karanlık/açık lokomotor aktivite ve artan tigmotaksi ile sonuçlandığı gözlemlenmiştir.
Sonuç: Sonuç olarak, daha önceki çalışmalarda toksik etkileri açıkça ortaya konan glyphosate'ın küresel ısınma projeksiyonuna yakın sayılabilecek 0.5 °C'lik sıcaklık artışlarında bile daha toksik olabileceği zebra balığı modelinde gösterilmiştir. Çalışmamız, küresel ısınmaya bağlı olarak çevresel kirleticilerin organizmalar üzerindeki olumsuz etkilerini daha net ortaya koymak için düşük sıcaklık farklılıklarına sahip çalışmaların önemli olduğunu ortaya koymuştur. Ek olarak, zararlı etkilerine ilişkin bilgileri geliştirmek ve glyphosate kullanımını kontrol etmeye yardımcı olmak veya daha az toksik herbisit formülasyonlarının geliştirilmesini teşvik etmek için glyphosate veya glyphosate bazlı herbisitler üzerinde daha fazla toksikolojik çalışmaya ihtiyaç vardır.

Anahtar Kelimeler: Küresel ısınma, zebra balığı, anksiyete, sirkadiyen ritim, pestisit toksistesi, metabolom

Abstract:
Purpose: In this thesis, it was aimed to examine the effects of glyphosate with various biochemical, molecular and behavioral parameters on zebrafish, which is a model organism, at temperature differences of 0.5 °C, considering the temperature increase values in global warming, and to investigate the developmental toxicity of these fish on the next generation. It has also been determined how these temperature increases affect tissue-based metabolic pathways in zebrafish.
Method: For this purpose, adult zebrafish were exposed to glyphosate at 1 and 5 ppm doses for 96 hours at four different growth temperatures of 28.5 - 29.0 - 29.5 - 30.0 °C. Anxiety and circadian rhythm behavioral analyzes were performed in adult fish at the end of the exposure period. Then, histopathological and metabolomic analyzes were performed on brain samples taken from these fish. Morphological changes that may occur in new generation larvae obtained from adult fish were examined and the toxicity of glyphosate was tested. Parallel to these, behavioral analyzes were made in the second generation obtained, and the effect of glyphosate exposure was evaluated.
Findings: When the data obtained were examined, it was determined that glyphosate caused anxiety-like behaviors in zebrafish, disrupted the circadian rhythm, increased histopathological findings in the brain, and caused 5-HT4R and GNAT2 immunopositivity in parallel with the increase in dose and temperature. As a result of the metabolome analysis, more than thirty annotated metabolites were identified due to the synergistic effect of temperature rise and glyphosate exposure. Parallel to the 0.5 °C temperature increase applied to the glyphosate exposed parents, physiological and morphological abnormalities occurred in the offspring. It was also observed that temperature increases to which the parents were exposed affected light signal transmission and serotonin pathways in the offspring, resulting in greater dark/light locomotor activity and increased tigmotaxy.
Results: As a result, it has been shown in the zebrafish model that glyphosate, whose toxic effects have been clearly demonstrated in previous studies, can be more toxic even at 0.5 °C temperature increases, which can be considered close to the global warming projection. Our study has revealed that studies with low temperature differences are important in order to more clearly reveal the negative effects of environmental pollutants on organisms due to global warming. In addition, more toxicological studies on glyphosate or glyphosate-based herbicides are needed to improve knowledge of their harmful effects and help control glyphosate use or encourage the development of less toxic herbicide formulations.

Keywords: Global warming, zebrafish, anxiety, circadian rhythm, pesticide toxicity, metabolome