New insights into the roles of ethylene and jasmonic acid in the acquisition of selenium resistance in plants

Tamaoki, Masanori; Freeman, JL; Marqusè, L; Pilon-Smits, Elizabeth A. H.

doi:10.4161/psb.3.10.6050

Cited by 38 publications

(25 citation statements)

References 24 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Also interesting is that the gene that showed the biggest up-regulation in S. pinnata, PDF1.2, encodes a small and extremely Cys-rich pathogen defensin protein (Broekaert et al, 1995;Penninckx et al, 1996). Overproduction of a similar plant defensin from the zinc hyperaccumulator Arabidopsis halleri (AhPDF1.1) in Arabidopsis led to a significant increase in resistance to zinc and selenite (Mirouze et al, 2006;Tamaoki et al, 2008a). Considering the known role for Se in S. pinnata elemental defense (for review, see Quinn et al, 2007), one may envision the presence of a SeCysrich toxic defense protein.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Molecular Mechanisms of Selenium Tolerance and Hyperaccumulation in Stanleya pinnata

Freeman

Tamaoki²,

Stushnoff³

et al. 2010

Plant Physiol.

Self Cite

217

187

View full text Add to dashboard Cite

The molecular mechanisms responsible for selenium (Se) tolerance and hyperaccumulation were studied in the Se hyperaccumulator Stanleya pinnata (Brassicaceae) by comparing it with the related secondary Se accumulator Stanleya albescens using a combination of physiological, structural, genomic, and biochemical approaches. S. pinnata accumulated 3.6-fold more Se and was tolerant to 20 mM selenate, while S. albescens suffered reduced growth, chlorosis and necrosis, impaired photosynthesis, and high levels of reactive oxygen species. Levels of ascorbic acid, glutathione, total sulfur, and nonprotein thiols were higher in S. pinnata, suggesting that Se tolerance may in part be due to increased antioxidants and up-regulated sulfur assimilation. S. pinnata had higher selenocysteine methyltransferase protein levels and, judged from liquid chromatography-mass spectrometry, mainly accumulated the free amino acid methylselenocysteine, while S. albescens accumulated mainly the free amino acid selenocystathionine. S. albescens leaf x-ray absorption near-edge structure scans mainly detected a carbon-Se-carbon compound (presumably selenocystathionine) in addition to some selenocysteine and selenate. Thus, S. albescens may accumulate more toxic forms of Se in its leaves than S. pinnata. The species also showed different leaf Se sequestration patterns: while S. albescens showed a diffuse pattern, S. pinnata sequestered Se in localized epidermal cell clusters along leaf margins and tips, concentrated inside of epidermal cells. Transcript analyses of S. pinnata showed a constitutively higher expression of genes involved in sulfur assimilation, antioxidant activities, defense, and response to (methyl)jasmonic acid, salicylic acid, or ethylene. The levels of some of these hormones were constitutively elevated in S. pinnata compared with S. albescens, and leaf Se accumulation was slightly enhanced in both species when these hormones were supplied. Thus, defense-related phytohormones may play an important signaling role in the Se hyperaccumulation of S. pinnata, perhaps by constitutively up-regulating sulfur/Se assimilation followed by methylation of selenocysteine and the targeted sequestration of methylselenocysteine.

show abstract

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Molecular Mechanisms of Selenium Tolerance and Hyperaccumulation in Stanleya pinnata

Freeman

Tamaoki²,

Stushnoff³

et al. 2010

Plant Physiol.

Self Cite

217

187

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…These results might be attributed to the Se-adapted hormonal balance, especially salicylic acid, jasmonic acid, and ethylene, thereby stimulating defense related responses. Inductions of expression of many ethylene and/or jasmonate related genes because of selenate treatment have been documented (Tamaoki et al, 2008). An increase in salicylic acid, a major phenylpropanoid involved in plant acclimatization to various stressors, has been observed in selenium-treated Arabidopsis (Tamaoki et al, 2008).…”

Section: Phenylpropanoid Metabolismmentioning

confidence: 99%

“…Inductions of expression of many ethylene and/or jasmonate related genes because of selenate treatment have been documented (Tamaoki et al, 2008). An increase in salicylic acid, a major phenylpropanoid involved in plant acclimatization to various stressors, has been observed in selenium-treated Arabidopsis (Tamaoki et al, 2008). Rises in phenylalanine contents have been reported in Se-fertilized plants (Munshi et al, 1990;Ježek et al, 2011).…”

Section: Phenylpropanoid Metabolismmentioning

confidence: 99%

“…Considering ascorbate involvement in the biosynthesis of certain plant hormones (Prescott and John, 1996), it is possible that enhancing endogenous ascorbate levels may result in modifications in the hormonal balance, signal transduction, and other antioxidant levels. Phytohormones, including salicylic acid, jasmonic acid, and ethylene, are implicated in interactions between selenium and plants by modifying sulfur uptake and metabolism, as well as inducing defense related genes (Tamaoki et al, 2008). The regulating role of Se on the uptake and redistribution of some essential elements like S, Zn, Mn, Cu, and Fe, especially the latter, is introduced as a key mechanism to stimulate the antioxidant system, decrease the levels of reactive oxygen species, and enhance chlorophyll biosynthesis pathways, thereby improving plant resistance to stress (Feng et al, 2013).…”

Section: The Antioxidative System and Antioxidant Activities (Free Ramentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

The modified qualities of basil plants by selenium and/or ascorbic acid

Ardebili

Ardebili²,

Jalili³

et al. 2015

Turk J Bot

View full text Add to dashboard Cite

IntroductionAscorbic acid (AsA) is one of the most critical low molecular weight antioxidants and has control over crucial processes, including the cell cycle and cell wall expansion (Noctor and Foyer, 1998). Ascorbic acid, a water soluble compound, is known as a major redox buffer, one of the most abundant antioxidants, and a required cofactor for several enzymes. Its multiple implications in various critical aspects of key physiological processes like cell division, growth, signal transduction, photosynthesis, and hormone biosynthesis are well documented (Gallie, 2013). Ascorbate is regarded as the first line of defense against detrimental effects of active oxygen species (AOS), and protects plant cells from various abiotic and biotic oxidative stressors (Suza et al., 2010). It has been stated that foliarly supplemented ascorbate may be an effective treatment for improving tolerance in stress exposed plants in arid and semi-arid regions (Dolatabadian et al., 2009). In addition, it has been proposed that various crucial compounds, including phenolics, carotenoids, tocopherols, chlorophyll, and ascorbic acid all possess a key role in the prevention of different diseases related to oxidative stress such as cardiovascular diseases, cancer, atherosclerosis, inflammation, neurodegenerative diseases, diabetes, and other chronic diseases (Šircelj et al., 2010).

show abstract

“…[ 106 ] о в о щ и р о с с и и № 3 ( 2 8 ) 2 0 1 5 ждать, что устойчивость растений-гипераккумуляторов Se к высоким концентрациям микроэлемента связана с активным син-тезом этилена, салициловой и жасминовой кислот [17,18]. Интересно в связи с этим отметить, что при низких концентрациях Sе, напротив, снижает производство этилена растениями [13] (табл.2).…”

Section: влияние селена на гормональный статус растенийunclassified

Hormonal Regulation of Selenium Accumulation by Plants

Golubkina¹,

Добруцкая²,

Новоселов³

2015

VCR

View full text Add to dashboard Cite

Гормональное регулирование представляет собой уникальный механизм, определяющий рост и развитие живого организма. В обзоре рассмотрены факты взаимосвязи гормонального статуса растений не аккумуляторов и гипераккумуляторов селена с уровнями накопления микроэлемен-та, явление стимулирования накопления и перераспределения селена под действием фитогор-монов, видовые и сортовые особенности воздействия фитогормонов, а также влияние пола растения на уровни накопления микроэлемента. Приводятся данные гормонального регулирова-ния уровня селена для шпината, чеснока, капусты китайской, многолетних луков и валерианы.Ключевые слова : селен, фитогормоны, шпинат, валериана, многолетние луки, капуста китайская. н а у ч н о п р а к т и ч е с к и й ж у р н а л[ 104 ]о в о щ и р о с с и и № 3 ( 2 8 ) 2 0 1 5 нов, и сложным взаимосвязям между фитогормонами. Значительная часть фитогормонов способна стимулировать рост растений путем улучшения минерального питания. Однако, примеры стимулирования накопления Se растениями под дей-ствием стимуляторов роста ранее не рассматривались с позиций гормонального регулирования.Прорастание семян -это пример косвенного влияния фито-гормонов на уровень подвижных форм Se в растениях. Увеличение активности гидролитических ферментов под дей-ствием индолилуксусной кислоты в процессе прорастания семян приводит к резкому возрастанию содержания водорастворимых форм микроэлемента, содержание которых прямо пропорцио-нально величине всхожести семян [2]. Последний факт имеет особое значение, поскольку именно водорастворимые производ-ные Se проявляют наибольшую биологическую активность. Так, на капусте китайской установлены высокие отрицательные коэф-фициенты корреляции между содержанием в листья водораство-римых (наиболее биологически активных) форм Se и индексом поражаемости растений сосудистым (r=-0,71), слизистым (r=-0,68) бактериозом и килой (r=-0,54) (P<0,01; [3]).Увеличение Se-аккумулирующей способности растений под действием фитогормонов-стимуляторов роста продемонстриро-вано на эпибрассинолидах (препарат Эпин Экстра), гетероаукси-не, гиббереллине, индолилуксусной кислоте. Представленные ниже результаты позволяют выделить несколько закономерно-стей.Во-первых, интенсивность действия фитогормонов опреде-ляется видовой специфичностью растений. Так, среди 5 исследо-ванных видов многолетних луков шнитт лук отличается наиболь-шей чувствительностью к воздействию Эпина и наибольшим содержанием Se, батун -наименьшими показателями (рис.1). При этом в интервале концентраций 0-2 мг Эпина/л только слизун и батун проявляли эффект насыщения уровня Se: кривая зависи-мости «содержание Se -концентрация Эпина» выходила на плато уже при концентрации Эпина 0,5 мг/л. С другой стороны, не менее значительны могут быть и сорто-вые различия в чувствительности растений к эпибрассинолидам. Как видно из данных рис.2, при одинаковых условиях вегетации 4 сортов капусты китайской наибольшее возрастание Se-аккуму-лирующей способности под действием эпибрассинолидов было характерно для сорта Chrysanthenum heart, наименьшее -для Hirosh...

show abstract

New insights into the roles of ethylene and jasmonic acid in the acquisition of selenium resistance in plants

Cited by 38 publications

References 24 publications

Molecular Mechanisms of Selenium Tolerance and Hyperaccumulation in Stanleya pinnata

Molecular Mechanisms of Selenium Tolerance and Hyperaccumulation in Stanleya pinnata

The modified qualities of basil plants by selenium and/or ascorbic acid

Hormonal Regulation of Selenium Accumulation by Plants

Contact Info

Product

Resources

About