Copper and Manganese Influence the Uptake of Cadmium in Marine Macroalgae

Hall, Matt; Brown, Murray T.

doi:10.1007/s00128-001-0218-4

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“…While the presence of hardness ions is generally accepted to compete with cellular binding sites for the metal of interest ( , ), the uptake process is complex and the presence of secondary cations can also have other less predictable effects on metal uptake. For example, Cu actually increased Cd uptake by Rhodospirillum and various green alga ( − ) and increased Ni, Pb, and Zn uptake by Chlorella kesslerii ( , ).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Ni Uptake by a Green Alga. 2. Validation of Equilibrium Models for Competition Effects

Worms

Wilkinson

2007

Environ. Sci. Technol.

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It is generally admitted that the presence of major cations and H+ can attenuate trace metal uptake. Recent models such as the biotic ligand model (BLM) aim to quantify and predict this effect by determining stability constants for each of the major competitors for any given interaction of a trace metal with a biological organism. In this study, short-term Ni internalization fluxes (J(int)) were used to quantitatively assess the binding of H+, Mg2+, Ca2+ (K(H-Rs), K(Mg-Rs), K(Ca-Rs)), and trace metals to transport sites (R(s)) leading to Ni biouptake by Chlamydomonas reinhardtii. H+ and Mg2+ are shown to compete directly for the entry of Ni with affinity constants that are of the same order of magnitude (K(Mg-Rs) = 10(5.1) M(-1); K(H-Rs) = 10(5.3) M(-1)) as that measured for Ni (K(Ni-Rs) = 10(5.1) M(-1)). The Ni internalization fluxes were also strongly linked to the Mg cell status. In contrast, the role of Ca2+ could not be explained by a simple competitive equilibrium with the Ni transport sites. Aluminum (K(Al-Rs) = 10(8) M(-1)), Zn (K(Zn-Rs) = 10(6.5) M(-1)), and Cu (K(Cu-Rs) = 10(6.6) M(-1)) were all shown to compete strongly with Ni for uptake. In addition to the determination of uptake constants, these studies provide insight into the transport mechanisms of Ni by the green alga, C. reinhardtii.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Ni Uptake by a Green Alga. 2. Validation of Equilibrium Models for Competition Effects

Worms

Wilkinson

2007

Environ. Sci. Technol.

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“…Lors de réactions d'oxydoréduction, le Cu et le Fe libérés mèneraient à la production d'espèces d'oxygène réactives, qui sont très toxiques pour la cellule (PINTO et al, 2003;REA et al, 2004). La sévérité de ces effets toxiques pourrait cependant être atténuée à l'aide de différents mécanismes de détoxication dont la synthèse de peptides détoxifiants (phytochélatines ou protéines de choc thermique) (GERLOFF-ELIAS et al, 2006;HALL et BROWN, 2002;HU et al, 2001;LAVOIE et al, 2009;TORRICELLI et al, 2004), la séquestration du Cd dans des concrétions insolubles de polyphosphate (KOMINE et al, 1996(KOMINE et al, , 2000RUIZ et al, 2001) ou d'azote/soufre (NASSIRI et al, 1997) ainsi que par l'expulsion du Cd de la cellule (LEE et al, 1996;SUNDA et HUNTSMAN, 1996). L'étude de la toxicité du Cd sur le plan des cibles biochimiques intracellulaires (réplication de gènes, signaux intracellulaires, altération de la fonction de protéines) est souvent réalisée avec des concentrations de Cd plutôt élevées ([Cd] totale > 100 µM, spéciation non définie) et il est donc difficile de bien cerner les sites intracellulaires potentiels à l'origine de la toxicité du Cd pour des [Cd 2+ ] faibles et représentatives de celles trouvées dans des lacs et rivières contaminés par les activités anthropiques.…”

Section: Sensibilité Du Phytoplancton Au Cadmium Et Mécanisme De Toxiunclassified

Importance de mieux connaître les mécanismes de transport des métaux pour la prédiction de l’accumulation et de la toxicité des métaux dissous chez le phytoplancton : récentes avancées et défis pour le développement du modèle du ligand biotique

Lavoie

Campbell

Fortin

2016

rseau

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Tous droits réservés © Revue des sciences de l 'eau, 2016 Ce document est protégé par la loi sur le droit d'auteur. L'utilisation des services d'Érudit (y compris la reproduction) est assujettie à sa politique d'utilisation que vous pouvez consulter en ligne.https://apropos.erudit.org/fr/usagers/politique-dutilisation/ Cet article est diffusé et préservé par Érudit.Érudit est un consortium interuniversitaire sans but lucratif composé de l'Université de Montréal, l'Université Laval et l'Université du Québec à Montréal. Il a pour mission la promotion et la valorisation de la recherche.https://www.erudit.org/fr/ Résumé de l'article L'accumulation et la toxicité (aigüe) des métaux dissous chez plusieurs organismes aquatiques peuvent être prédites adéquatement à l'aide du modèle du ligand biotique (MLB), même si quelques exceptions existent. Lors d'expositions chroniques aux métaux, des interactions physiologiques complexes entre les organismes et les métaux essentiels et non essentiels modulent le taux de transport des métaux et leur toxicité. La présente revue de littérature aborde les récentes avancées en chimie de l'environnement, en biologie moléculaire et en physiologie cellulaire touchant aux mécanismes de régulation du transport membranaire des métaux essentiels chez le phytoplancton eucaryote et leurs impacts sur l'accumulation et la toxicité d'un métal habituellement non essentiel, le cadmium. Cette revue évalue finalement la possibilité d'inclure des éléments de physiologie algale dans la présente version du MLB afin d'améliorer le potentiel de ce modèle à prédire l'accumulation et la toxicité des métaux pour des expositions chroniques. Les résultats disponibles dans la littérature suggèrent que l'inclusion des rétroactions négatives et positives des métaux sur les paramètres cinétiques (V max : vitesse maximale de transport transmembranaire; K M : affinité des transporteurs pour le métal) des multiples systèmes de transport membranaire des métaux a le potentiel d'améliorer les prédictions de l'accumulation et de la toxicité des métaux à long terme chez le phytoplancton. Le développement d'un MLB capable de prédire adéquatement la toxicité chronique des métaux dans des conditions physicochimiques variables représentatives de celles retrouvées en milieu naturel bénéficiera des avancées récentes et futures en toxicologie, biologie et chimie de l'environnement. Ces connaissances pourraient permettre à long terme d'atteindre l'objectif ambitieux d'un MLB capable de réaliser des prédictions fiables à l'intérieur de milieux naturels complexes de différentes compositions chimiques. IMPORTANCE DE MIEUX CONNAÎTRE LES MÉCANISMES DE TRANSPORT DES MÉTAUX POUR LA PRÉDICTION DE L'ACCUMULATION ET DE LA TOXICITÉ DES MÉTAUX DISSOUS CHEZ LE PHYTOPLANCTON : RÉCENTES AVANCÉES ET DÉFIS POUR LE DÉVELOPPEMENT DU MODÈLE DU LIGAND BIOTIQUE ABSTRACTThe accumulation and (acute) toxicity of dissolved metals in many aquatic organisms are normally well predicted with the biotic ligand model (BLM), although some exceptions have bee...

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“…Plants have evolved a range of mechanisms for heavy metal detoxification, including pumping heavy metals out of the plasma membrane, chelation, and binding to various thiol compounds in the cytosol followed by sequestration into vacuoles [8–10]. Antioxidant and signaling mechanisms also participate in the heavy metal detoxification process [11].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

MicroRNA-mRNA expression profiles and their potential role in cadmium stress response in Brassica napus

Mason

Zhang

et al. 2019

BMC Plant Biol

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BackgroundOilseed rape is an excellent candidate for phytoremediation of cadmium (Cd) contaminated soils given its advantages of high biomass, fast growth, moderate metal accumulation, ease of harvesting, and metal tolerance, but the cadmium response pathways in this species (Brassica napus) have yet to be fully elucidated. A combined analysis of miRNA and mRNA expression to infer Cd-induced regulation has not been reported in B. napus.ResultsWe characterized concurrent changes in miRNA and mRNA profiles in the roots and shoots of B. napus seedlings after 10 days of 10 mg/L Cd2+ treatment. Cd treatment significantly affected the expression of 22 miRNAs belonging to 11 families in the root and 29 miRNAs belonging to 14 miRNA families in the shoot. Five miRNA families (MIR395, MIR397, MIR398, MIR408 and MIR858) and three novel miRNAs were differentially expressed in both tissues. A total of 399 differentially expressed genes (DEGs) in the root and 389 DEGs in the shoot were identified, with very little overlap between tissue types. Eight anti-regulation miRNA-mRNA interaction pairs in the root and eight in the shoot were identified in response to Cd and were involved in key plant stress response pathways: for example, four genes targeted by miR398 were involved in a pathway for detoxification of superoxide radicals. Cd stress significantly impacted the photosynthetic pathway. Transcription factor activation, antioxidant response pathways and secondary metabolic processes such as glutathione (GSH) and phenylpropanoid metabolism were identified as major components for Cd-induced response in both roots and shoots.ConclusionsCombined miRNA and mRNA profiling revealed miRNAs, genes and pathways involved in Cd response which are potentially critical for adaptation to Cd stress in B. napus. Close crosstalk between several Cd-induced miRNAs and mRNAs was identified, shedding light on possible mechanisms for response to Cd stress in underground and aboveground tissues in B. napus. The pathways, genes, and miRNAs identified here will be valuable targets for future improvement of cadmium tolerance in B. napus.

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Copper and Manganese Influence the Uptake of Cadmium in Marine Macroalgae

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Ni Uptake by a Green Alga. 2. Validation of Equilibrium Models for Competition Effects

Ni Uptake by a Green Alga. 2. Validation of Equilibrium Models for Competition Effects

Importance de mieux connaître les mécanismes de transport des métaux pour la prédiction de l’accumulation et de la toxicité des métaux dissous chez le phytoplancton : récentes avancées et défis pour le développement du modèle du ligand biotique

MicroRNA-mRNA expression profiles and their potential role in cadmium stress response in Brassica napus

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