Evaluating Multiple Biochemical Markers in <i>Xenopus laevis</i> Tadpoles Exposed to the Pesticides Thiacloprid and Trifloxystrobin in Single and Mixed Forms

Uçkun, Miraç; Özmen, Murat

doi:10.1002/etc.5158

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“…Several types of pesticides, including herbicides, insecticides, fungicides and rodenticides, efficient in pest control and crop productivity, were proven to be highly toxic, with serious impacts and consequences for human health as well as aquatic ecosystems [ 111 ]. Several distinct chemical classes of pesticides have been primarily investigated in Xenopus , such as chlorpyrifos (organophosphorus insecticide), thiacloprid (insecticide), atrazine (triazine herbicide) and triadimefon (conazole fungicide) [ 112 , 113 , 114 , 115 , 116 , 117 ]. All these pesticides were proven to exert differential toxic effects on embryogenesis, neurotransmitter release and sexual differentiation.…”

Section: Xenopus In Environmental Studiesmentioning

confidence: 99%

Xenopus laevis (Daudin, 1802) as a Model Organism for Bioscience: A Historic Review and Perspective

Carotenuto

Pallotta

Tussellino

et al. 2023

Biology

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In vitro systems have been mainly promoted by authorities to sustain research by following the 3Rs principle, but continuously increasing amounts of evidence point out that in vivo experimentation is also of extreme relevance. Xenopus laevis, an anuran amphibian, is a significant model organism in the study of evolutionary developmental biology, toxicology, ethology, neurobiology, endocrinology, immunology and tumor biology; thanks to the recent development of genome editing, it has also acquired a relevant position in the field of genetics. For these reasons, X. laevis appears to be a powerful and alternative model to the zebrafish for environmental and biomedical studies. Its life cycle, as well as the possibility to obtain gametes from adults during the whole year and embryos by in vitro fertilization, allows experimental studies of several biological endpoints, such as gametogenesis, embryogenesis, larval growth, metamorphosis and, of course, the young and adult stages. Moreover, with respect to alternative invertebrate and even vertebrate animal models, the X. laevis genome displays a higher degree of similarity with that of mammals. Here, we have reviewed the main available literature on the use of X. laevis in the biosciences and, inspired by Feymann’s revised view, “Plenty of room for biology at the bottom,” suggest that X. laevis is a very useful model for all possible studies.

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Section: Xenopus In Environmental Studiesmentioning

confidence: 99%

Xenopus laevis (Daudin, 1802) as a Model Organism for Bioscience: A Historic Review and Perspective

Carotenuto

Pallotta

Tussellino

et al. 2023

Biology

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“…Trifloxystrobin, similar to other Strobilurins, binds to cytochrome b from the Qo region, leading to a blockage in electron transfer from cytochrome b to cytochrome c1. Thus, as a result of inhibited mitochondrial respiration, the energy cycle is broken [11]. Since plants are eukaryotic organisms, the electron transport system of their mitocondrial respiration is partially suppressed following Trifloxystrobin application.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Trifloxystrobin Pretreatment Alleviates Excessive Copper Stress in Wheat (Triticum aestivum L.)

Macar

Karaköy

2023

Cumhuriyet Science Journal

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Protective role of Trifloxystrobin pretreatment against excessive copper-related abiotic stress in Triticum aestivum L. was determined in two Turkish wheat cultivars, Sönmez and Gerek 79. Ten-day-old seedlings were pretreated with 20 µM and 80 µM Trifloxystrobin. A group of seedlings was harvested without exposure to Trifloxystrobin as a control. Two days after, seedlings were treated with copper(II) chloride. Seedlings were harvested on the 20th day after sowing. The growth level of the groups was evaluated by measuring the length, fresh weight and shoot dry weight of shoots. Chlorophyll a + b, carotenoid and anthocyanin contents as well as proline levels were assessed. Lipid peroxidation and total activities of superoxide dismutase, peroxidase and glutathione reductase were analyzed to predict the oxidative stress levels. Both cultivars exhibited similar responses to the treatments. Trifloxystrobin doses did not cause damage on plants when applied alone. Seedlings subjected to excessive doses of copper showed significant reductions in growth parameters, as well as chlorophyll and carotenoid pigments. Conversely, copper caused a remarkable increase in anthocyanin, proline and malondialdehyde accumulation. Superoxide dismutase and peroxidase activities increased, while glutathione reductase activity decreased in copper-stressed plants. Trifloxystrobin pretreatment strengthens the antioxidant defense system. All parameters were positively affected by Trifloxystrobin pretreatment. As the dose of Trifloxystrobin increased, the severity of stress decreased in both genotypes. Trifloxystrobin pretreatment is a promising method for reducing copper-induced damage in T. aestivum.

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“…Efectos de la mezcla de NEO y/o DIA en anuros en etapa larval no ha sido estudiado, sin embargo, hay registro de exposiciones en mezcla que incluyeron un NEO y una DIA, respectivamente (Uçkun et al, 2021;Wei et al, 2021). En trabajos previos, reportamos los efectos individuales de los NEO, tiametoxam (TIA) e imidacloprid (IMI) y las DIA, clorantraniliprol (CLO) y ciantraniliprol, en un rango de concentraciones que incluyeron las reportadas en la naturaleza, sobre el proceso metamórfico del sapo común Rhinella arenarum, especie autóctona de la región pampeana Argentina.…”

Section: Introductionunclassified

Efecto de los insecticidas neonicotinoides y diamidas antranílicas sobre la metamorfosis de anfibios anuros

Fonseca Peña

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Las familias de insecticidas de los neonicotinoides (NEO) y de las diamidas antranilicas (DIA) son altamente utilizadas en cultivos de importancia nacional en la Argentina como la soja y el maíz. En el país, mayormente son usados los insecticidas tiametoxam (TIA) e imidacloprid (IMI) en el caso de los NEO, y los insecticidas clorantraniliprol (CLO) y ciantraniliprol (CIAN) en el caso de las DIA. Como consecuencia del alto uso en campo y en relación con la persistencia en el medio ambiente y el alto potencial de lixiviación de las moléculas, la detección de estas clases de insecticidas en superficies acuáticas ha aumentado, particularmente en la región pampeana. Causando asi, un aumento de la contaminación y un posible riesgo en la fauna acuática. Información que se encuentra ampliamente descrita en el Capítulo 1. De acuerdo con esto, se plantea el desarrollo de la presente tesis que tiene como objetivo, evaluar el riesgo que representa la exposición de esta clase de insecticidas en renacuajos de anuros autóctonos de la región pampeana. De esta forma, se realizaron exposiciones agudas y subcronicas hasta la finalización de la metamorfosis en renacuajos del sapo común Rhinella arenarum, quien fue la especie modelo experimental. Con el fin de iniciar la caracterización toxicológica de los NEO en anuros, se desarrolló el capítulo 2, en el que se evaluó la toxicidad aguda de TIA e IMI en tres especies de anuros autóctonos de la región pampeana (R. arenarum, Rhinella fernandezea y Scinax granulatus), y, además, se evaluaron los efectos de las altas concentraciones (mg/L) de TIA en la exposición subcronica a 21 dias y hasta la finalización de la metamorfosis del sapo común Rhinella arenarum. A partir de los valores de toxicidad aguda obtenidos, se logró determinar que los renacuajos de R. arenarum en estadio 25 (E25) y estadio 27 (E27) y S. granulatus en E25 presentan mayor sensibilidad a la exposición con el NEO, IMI. Tambien se logró observar que la exposición a altas concentraciones de TIA durante 21 dias y hasta la finalización de la metamorfosis en renacuajos de R. arenarum en E27, ocasionó inicialmente una pérdida en la ganancia de peso en los renacuajos, asi como tambien, una inhibición en el porcentaje de individuos que lograron finalizar la metamorfosis, un peso significativamente menor en los organismos juveniles y una alteración morfológica en la que los organismos juveniles expuestos a las dos concentraciones mas bajas de TIA (9 y 18 mg/L), resultaron con el brazo izquierdo mas corto. Asimismo, se inició la caracterización toxicológica de las DIA en anuros. En el Capítulo 3 se evaluó la toxicidad aguda de CLO y CIAN en tres especies de anuros autóctonos de la región pampeana (R. arenarum, R. fernandezea y S. granulatus), y, además, se evaluaron los efectos de las altas concentraciones (mg/L) de CLO en la exposición subcronica a 21 dias y hasta la finalización de la metamorfosis del sapo común R. arenarum. A partir de los valores de toxicidad aguda obtenidos, se logró ver que en general CLO y CIAN, no mostraron altos valores de toxicidad en las especies expuestas y que, de acuerdo con el rango de valores registrados, los renacuajos de S. granulatus en E25 presentaron una mayor sensibilidad a la exposición con la DIA, CLO. Tambien se logró observar que la exposición a altas concentraciones de CLO durante 21 dias y hasta la finalización de la metamorfosis en renacuajos de R. arenarum en E27, ocasionó una respuesta no-lineal o no-monotonica en los valores correspondientes al tiempo de metamorfosis y proporción de individuos que lograron finalizar el desarrollo metamórfico desde el avance al estadio 42, lo que conllevo a que una menor proporción de individuos lograran finalizar la metamorfosis en las dos concentraciones mas bajas de CLO (20 y 40 mg/L). Por otra parte, los rasgos de peso y largo de los organismos juveniles no se vieron afectados por la exposicion al insecticida. El conocimiento inicial sobre el efecto de los insecticidas NEO en anuros conllevó a evaluar en el Capítulo 4, el efecto de la exposición a bajas concentraciones (µg/L) incluidas las reportadas en la naturaleza de TIA e IMI en el desarrollo metamórfico del sapo común R. arenarum. Entre los resultados mas relevantes, se pudó determinar que la exposición de todos los tratamientos con TIA ocasionaron un retraso significativo en el tiempo que requirieron los individuos para finalizar la metamorfosis, efecto que no repercutió en la proporción de individuos que finalizaron el desarrollo, ni en los rasgos de peso y largo evaluados en los organismos juveniles. Por otra parte, la exposición con IMI no registró mayores efectos, al inicio del desarrollo los individuos expuestos se encontraron en un estado de aceleración, es decir, el requerimiento de menos días para avanzar en la metamorfosis, sin embargo, el efecto no se mantuvo en los siguientes estadios evaluados y finalmente solo ocurrió una disminución significativa en el número de individuos que lograron finalizar la metamorfosis en la concentración de exposición mas alta (3400 µg/L). Asimimo, los rasgos de peso y largo evualuados en los organismos juveniles, no se vieron afectados por la exposición al insecticida. De igual forma, el conocimiento inicial sobre el efecto de los insecticidas de las DIA en anuros conllevó a evaluar en el Capítulo 5, el efecto de la exposición a bajas concentraciones (µg/L) incluidas las reportadas en la naturaleza de CLO y CIAN en el desarrollo metamórfico del sapo común R. arenarum. Los resultados permitieron determinar que los dos insecticidas actuaron de manera similar, de tal manera, que ocasionaron una disminución significativa en la proporción de individuos que lograron finalizar la metamorfosis en la mayoría de los tratamientos de exposición, ademas de registrar una respuesta no-lineal o no-monotonica en la variable correspondiente al tiempo de metamorfosis, y en general, los rasgos de peso y largo evaluados en los organismos juveniles no se vieron afectados por la exposición a los insecticidas. Finalmente, el conocimiento de los efectos individuales de los insecticidas estudiados en la especie modelo R. arenarum, permitió desarrollar en el Capítulo 6, un primer acercamiento a una exposición realista a campo de los insecticidas, de esta manera, se evaluó el efecto de la exposición de las mezclas binarias de los insecticidas TIA, IMI y CLO en el desarrollo metamórfico del sapo común R. arenarum. En general, se pudó determinar que la exposición de los insecticias en la mezcla (TIA-IMI; CLO-TIA; CLO-IMI), disminuye el efecto individual de los insecticidas en la metamorfosis de R. arenarum. En cuanto a los rasgos aptitudinales evaluados en los organismos juveniles, se observó que, la exposición en mezcla con los NEO, TIA-IMI ocasionó que los individuos tuvieran un peso significativamente menor, y que, en los individuos expuestos con TIA y CLO, y a las mezclas con TIA-IMI y CLO-IMI disminuyera significativamente la capacidad de salto. En general, a lo largo de las exposiciones realizadas durante la metamorfosis de R. arenarum, se evidenció que la mayoría de los efectos descritos con los insecticidas NEO y DIA sucedieron durante la transición de estadio 39 al estadio E42, esto, permitió discutir a lo largo de los capítulos, el efecto o acción que puede tener estas dos clases de insecticidas en la función tiroidea de R. arenarum y de ser esta, la posible via por la cual se ve alterado el desarrollo metamórfico en los individuos expuestos. En conclusión, los resultados obtenidos en esta tesis doctoral indican que, aunque los valores de toxicidad aguda de los insecticidas NEO, TIA e IMI y las DIA, CLO y CIAN en renacuajos de anuros de la región pampeana, no evidenciaron una alta toxicidad, las exposiciones de los insecticidas a lo largo de la metamorfosis de R. arenarum ocasionaron alteraciones relevantes en el desarrollo, efectos que se observaron tanto en las exposiciones individuales como en mezclas binarias y en concentraciones que han sido reportadas en la naturaleza, lo que puede significar un riesgo en las poblaciones naturales. Es por esto, que se recomienda tener en cuenta estos resultados y esta clase de estudios en las evaluaciones de riesgo de los insecticidas NEO y DIA en especies no objetivo.

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Evaluating Multiple Biochemical Markers in Xenopus laevis Tadpoles Exposed to the Pesticides Thiacloprid and Trifloxystrobin in Single and Mixed Forms

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Xenopus laevis (Daudin, 1802) as a Model Organism for Bioscience: A Historic Review and Perspective

Xenopus laevis (Daudin, 1802) as a Model Organism for Bioscience: A Historic Review and Perspective

Trifloxystrobin Pretreatment Alleviates Excessive Copper Stress in Wheat (Triticum aestivum L.)

Efecto de los insecticidas neonicotinoides y diamidas antranílicas sobre la metamorfosis de anfibios anuros

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