Unraveling response mechanism of photosynthetic metabolism and respiratory metabolism to uranium-exposure in Vicia faba

光合作用 光呼吸 生物 代谢途径 新陈代谢 氧化磷酸化 呼吸链 生物化学 代谢组 柠檬酸循环 呼吸 碳水化合物代谢 蚕豆 植物 线粒体 代谢物
作者
Yu Zhang,Jin-long Lai,Xiaohui Ji,Xuegang Luo
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:398: 122997-122997 被引量:58
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2020.122997
摘要

As a natural radionuclide, uranium (U) has obvious phytotoxicity, the purpose of this study is to unravel the response mechanism of U on photosynthetic and respiratory metabolism in plants. Therefore, 14-day-old Vicia faba seedlings were exposed to 0-25 μM U during 72 h. U effects on growth parameters, physiological parameters of plants, and potential phytotoxicity mechanism were investigated by physiological analysis, and metabolome and transcriptome data. U significantly inhibited photosynthesis and respiration of plants. In metabolome analysis, 53 metabolites related to carbohydrate metabolism were identified (13 up-regulated, 12 down-regulated). In transcriptome analysis, U significantly inhibited the expression of photoreactive electron transport chain (up: 0; down: 31), Calvin cycle (up: 0; down: 12) and photorespiration pathway genes (up: 0; down: 8). U significantly inhibited the expression of cellular energy metabolic pathways genes (e.g., glycolysis, TCA cycle, and oxidative phosphorylation pathways) (up 8, down 18). We concluded that U inhibited the expression of genes involved in the photosynthetic metabolic pathway, which caused the decrease of photosynthetic rate. Meanwhile, U inhibited the expression of the electron transport chain genes in the mitochondrial oxidative phosphorylation pathway, which leads to the abnormal energy supply of cells and the inhibition of root respiration rate.
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