Cikk az Environmental Pollution című folyóiratban

Megjelent Garda Tamás első szerzőségével a Long-term treatments with microcystin-LR and diquat reveal their differences in the induction of oxidative stress responses and mitotic alterations in terms of stress recovery in Arabidopsis roots című cikk az Environmental Pollution (Elsevier, Q1) című folyóiratban. A cikk szabadon olvasható és letölthető itt.

Abstract

Microcystin-LR (MCY-LR), a widespread natural cyanobacterial toxin is a potent inhibitor of type 1 and 2A protein phosphatases (PP1, PP2A), inducing oxidative stress as well. Diquat (DQ) is a herbicide that inhibits electron transport to induce strong oxidative stress. Both compounds are affecting natural environments as well as plant and human health. We conducted a comparative analysis on their long-term (48 h) effects on reactive oxygen species (ROS) production, mitosis and histone H3 phosphorylation in root apical meristems of wild-type and PP2A-related mutants of Arabidopsis thaliana. MCY-LR did not increase ROS levels in any of the genotypes, but increased significantly the activity of ROS scavenging peroxidases (PODs) in Col0. DQ decreased ROS levels, but did not affect PODs. The paradoxical effect of DQ indicated the initiation of cell death processes. Mitosis was not affected by MCY-LR, but inhibited by DQ. Interestingly, MCY-LR as a phosphatase inhibitor did not affect histone H3 phosphorylation in mitotic cells, but DQ had an increasing effect. As we have shown previously, most of the above parameters changed differently at shorter (24 h) exposures: both compounds increased ROS levels in the phosphatase mutants, while POD activities were not affected; inhibition of mitosis or arrests in early mitosis, as well as increases of histone H3 phosphorylation levels occurred in the presence of both compounds. To conclude, Arabidopsis is able of recover partially and transiently from MCY-LR induced stress at long-term exposure, but this is not true for DQ. The environmental relevance of these findings is discussed.

Összefoglalás

A mikrocisztin-LR (MCY-LR) egy széles körben elterjedt természetes cianobakteriális toxin, amely az 1-es és 2A típusú fehérjefoszfatázok (PP1, PP2A) erőteljes gátlója, és emellett oxidatív stresszt is kiválthat. A diquát (DQ) egy olyan gyomirtó szer, amely az elektrontranszport gátlása révén erőteljes oxidatív stresszt idéz elő. Mindkét vegyület hatással van a természetes ökoszisztémákra, valamint a növények és az emberi egészség állapotára is. Tanulmányunkban összehasonlító vizsgálatot végeztünk a két anyag hosszú távú (48 órás) hatásairól az aktív oxigéngyökök (ROS) termelésére, a mitózisra, valamint a hiszton H3 foszforilációjára vonatkozóan az Arabidopsis thaliana vad típusú és PP2A-hoz kapcsolódó mutánsainak gyökércsúcsi merisztémáiban.

Az MCY-LR egyik vizsgált genotípusban sem növelte meg a ROS-szintet, ugyanakkor a Col0 genotípusban jelentősen fokozta a ROS-t semlegesítő peroxidázok (POD-ok) aktivitását. Ezzel szemben a DQ csökkentette a ROS-szintet, de nem befolyásolta a POD-aktivitást. A DQ ellentmondásos hatása a programozott sejthalál folyamatainak beindulására utalhat. A mitózisra az MCY-LR nem volt hatással, a DQ azonban gátolta azt. Érdekesség, hogy bár az MCY-LR foszfatáz-inhibitorként működik, nem befolyásolta a hiszton H3 foszforilációját a mitotikus sejtekben, míg a DQ fokozó hatást mutatott.

Korábbi eredményeink szerint rövidebb (24 órás) expozíció esetén a legtöbb vizsgált paraméter másképp változott: mindkét vegyület fokozta a ROS-termelést a foszfatáz-mutánsokban, miközben a POD-aktivitás változatlan maradt. A mitózis gátlása, annak korai fázisában való megakadása, valamint a hiszton H3 foszforiláció fokozódása mindkét vegyület jelenlétében megfigyelhető volt.

Összefoglalva, az Arabidopsis részben és átmenetileg képes regenerálódni az MCY-LR által kiváltott stresszhatásokból hosszabb távú expozíció esetén, ugyanakkor ez a képesség a DQ esetében nem figyelhető meg. Eredményeink környezeti szempontú jelentőségét is tárgyaljuk.

Hivatkozás

Garda T., Juhász G. P., Kelemen A., Mathur J., Ujlaky-Nagy L., Freytag Cs., M-Hamvas M., Riba M. & Máthé Cs. 2025: Long-term treatments with microcystin-LR and diquat reveal their differences in the induction of oxidative stress responses and mitotic alterations in terms of stress recovery in Arabidopsis roots. – Environmental Pollution 382: 126748.

Támogatók:

A munkát a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal OTKA K120638 és a Debreceni  Egyetem Tudományos Kutatási Alap (DETKA) Áthidaló Alap pályázatok támogatták.