Title (eng)
Epigenetic responses to cadmium pollution in Lumbricus terrestris
Parallel title (deu)
Epigenetische Reaktion auf Cadmiumverschmutzung in Lumbricus terrestris
Author
Fabian Oberauer
Advisor
Ovidiu Paun
Assessor
Ovidiu Paun
Abstract (deu)
Das Anthropozän führte zu weitreichenden Effekten auf Ökosysteme wie den Klimawandel und die globale Bodenverschmutzung mittels Schwermetallen, welche gravierende, aber nicht komplett untersuchte Effekte verursachen. Um unser Verständnis über Langzeitfolgen von Schwermetallen im ökologisch wertvollen Annelid Lumbricus terrestris zu verbessern, benutzten wir Cadmium, ein giftiges Schwermetall, als experimentellen Schadstoff in nicht tödlichen Konzentrationen. Wir fokussierten uns auf resultierende epigenetische DNA Methylations Änderungen. Wir generierten whole-genome BS-libraries mittels Enzymatic Methyl-Sequenzierung (EM-seq), eine kürzlich entwickelte Technik, die im Vergleich zur herkömmlichen Bisulfit-behandelten Sequenzierung (BS-seq) weniger Bias aufweist. Die bioinformatische Analyse integrierte den Methylierungs-Caller bismark und das R-Paket dss, um DNA-Methylierungsveränderungen in Einzelbasen-Auflösung und Regionen im gesamten Genom zu erkennen. Differenziell methylierte Regionen (DMRs) wurden dann mit Genmodels verglichen, um Gene mit möglichen DNA-Methylierungsveränderungen in Genkörpern oder Promotoren zu identifizieren. Die Analyse fand 20,000 DMRs zwischen Kontrollen und den Cd behandelten Genomen, welche mit den Regionen von 10,000 Genen üperlappen. Anschließende Analysen der Anreicherung von Begriffen aus der Gene Ontology (GO) zeigen allgemeine Stoffwechselbegriffe, während bei der hohen Konzentration von Cadmium (25mg/kg Erde) eine Anreicherung für "Stressreaktion auf Metallionen" und "Methylierung" zeigt, welche in niedrigeren Konzentrationen (10mg/kg Erde) fehlen. Diese Studie trägt dazu bei, unser Verständnis der DNA-Methylierung bei Anneliden und der Auswirkungen der Schwermetallverschmutzung in Böden zu erweitern.
Abstract (eng)
The Anthropocene has led to extensive effects on ecosystems. In addition to climate change, soil pollution with heavy metals is a global phenomenon with major, not well understood effects on ecosystems. To better understand the long term effects of sub-lethal pollutant concentrations we use Cadmium (Cd), a highly toxic heavy metal, as an experimental pollutant for the ecologically important annelid Lumbricus terrestris, the common earthworm. We focus our analysis on epigenetic changes in DNA methylation in response to Cd exposure. We generated whole-genome libraries using the recently developed Enzymatic Methyl-sequencing (EM-seq), a methylation detecting method with less biases as bisulfite-treated sequencing (BS-seq). A bioinformatics analysis incorporating the methylation caller bismark and the R-package dss detected DNA methylation changes on a single base and region level. Differentially methylated regions (DMRs) have been intersected with gene models to explore candidate functional alterations around in the gene bodies or promoters. The analyses identified over 20,000 DMRs between Cd treated genomes and controls, which overlapped with over 10,000 gene regions. A subsequent GO term enrichment resulted in general metabolic terms, but a high Cd pollution condition (i.e., 25 mg/kg soil) resulted in enrichments for “stress response to metal ions” and “methylation” which have been absent for a low Cd treatment (i.e. 10 mg/kg soil). In this study we are able to advance our knowledge of the genomic distribution of DNA methylation in annelids and of the molecular effects heavy metals induce in L. terrestris, a key component of many soil communities.
Keywords (deu)
EpigenetikLubricus terrestrisCadmiumBodenverschmutzungAnnelida
Keywords (eng)
epigeneticsLumbricus terrestriscadmiumsoil pollutionannelida
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
Extent (deu)
33 Seiten : Illustrationen
Number of pages
33
Study plan
Joint-Masterstudium Evolutionary Systems Biology
[UA]
[066]
[220]
Association (deu)
Title (eng)
Epigenetic responses to cadmium pollution in Lumbricus terrestris
Parallel title (deu)
Epigenetische Reaktion auf Cadmiumverschmutzung in Lumbricus terrestris
Author
Fabian Oberauer
Abstract (deu)
Das Anthropozän führte zu weitreichenden Effekten auf Ökosysteme wie den Klimawandel und die globale Bodenverschmutzung mittels Schwermetallen, welche gravierende, aber nicht komplett untersuchte Effekte verursachen. Um unser Verständnis über Langzeitfolgen von Schwermetallen im ökologisch wertvollen Annelid Lumbricus terrestris zu verbessern, benutzten wir Cadmium, ein giftiges Schwermetall, als experimentellen Schadstoff in nicht tödlichen Konzentrationen. Wir fokussierten uns auf resultierende epigenetische DNA Methylations Änderungen. Wir generierten whole-genome BS-libraries mittels Enzymatic Methyl-Sequenzierung (EM-seq), eine kürzlich entwickelte Technik, die im Vergleich zur herkömmlichen Bisulfit-behandelten Sequenzierung (BS-seq) weniger Bias aufweist. Die bioinformatische Analyse integrierte den Methylierungs-Caller bismark und das R-Paket dss, um DNA-Methylierungsveränderungen in Einzelbasen-Auflösung und Regionen im gesamten Genom zu erkennen. Differenziell methylierte Regionen (DMRs) wurden dann mit Genmodels verglichen, um Gene mit möglichen DNA-Methylierungsveränderungen in Genkörpern oder Promotoren zu identifizieren. Die Analyse fand 20,000 DMRs zwischen Kontrollen und den Cd behandelten Genomen, welche mit den Regionen von 10,000 Genen üperlappen. Anschließende Analysen der Anreicherung von Begriffen aus der Gene Ontology (GO) zeigen allgemeine Stoffwechselbegriffe, während bei der hohen Konzentration von Cadmium (25mg/kg Erde) eine Anreicherung für "Stressreaktion auf Metallionen" und "Methylierung" zeigt, welche in niedrigeren Konzentrationen (10mg/kg Erde) fehlen. Diese Studie trägt dazu bei, unser Verständnis der DNA-Methylierung bei Anneliden und der Auswirkungen der Schwermetallverschmutzung in Böden zu erweitern.
Abstract (eng)
The Anthropocene has led to extensive effects on ecosystems. In addition to climate change, soil pollution with heavy metals is a global phenomenon with major, not well understood effects on ecosystems. To better understand the long term effects of sub-lethal pollutant concentrations we use Cadmium (Cd), a highly toxic heavy metal, as an experimental pollutant for the ecologically important annelid Lumbricus terrestris, the common earthworm. We focus our analysis on epigenetic changes in DNA methylation in response to Cd exposure. We generated whole-genome libraries using the recently developed Enzymatic Methyl-sequencing (EM-seq), a methylation detecting method with less biases as bisulfite-treated sequencing (BS-seq). A bioinformatics analysis incorporating the methylation caller bismark and the R-package dss detected DNA methylation changes on a single base and region level. Differentially methylated regions (DMRs) have been intersected with gene models to explore candidate functional alterations around in the gene bodies or promoters. The analyses identified over 20,000 DMRs between Cd treated genomes and controls, which overlapped with over 10,000 gene regions. A subsequent GO term enrichment resulted in general metabolic terms, but a high Cd pollution condition (i.e., 25 mg/kg soil) resulted in enrichments for “stress response to metal ions” and “methylation” which have been absent for a low Cd treatment (i.e. 10 mg/kg soil). In this study we are able to advance our knowledge of the genomic distribution of DNA methylation in annelids and of the molecular effects heavy metals induce in L. terrestris, a key component of many soil communities.
Keywords (deu)
EpigenetikLubricus terrestrisCadmiumBodenverschmutzungAnnelida
Keywords (eng)
epigeneticsLumbricus terrestriscadmiumsoil pollutionannelida
Subject (deu)
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
Number of pages
33
Association (deu)
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