Melatonin Modulates Copper Homeostasis Through NO Dependent Manner in Rice ( Oryza sativa L.)

铜毒性 褪黑素 细胞生物学 流出 一氧化氮 生物化学 毒性 化学 运输机 基因表达 下调和上调 平衡 染色体易位 木质部 生物 ATP酶 内生 生物物理学 氧化应激 活性氧 ATP7A型 金属硫蛋白 基因表达调控 基因
作者
Jing Huang,Haoyu Wang,Jiaqi Li,Ren Fang Shen,Lu Zheng,Xiao Fang Zhu
出处
期刊:Journal of Pineal Research [Wiley]
卷期号:77 (6): e70092-e70092
标识
DOI:10.1111/jpi.70092
摘要

Melatonin (MT) plays a critical role in regulating rice responses to heavy metal stress. However, the mechanism by which MT alleviates copper (Cu) toxicity in rice remains insufficiently understood. In this study, excessive Cu increased endogenous MT level in rice roots, accompanied by enhanced gene expression involved in MT biosynthesis, suggesting its role in Cu stress responses. Exogenous MT reduced Cu accumulation and restored root growth in rice under Cu stress, thereby mitigating Cu-induced phytotoxicity. Mechanistically, MT increased the root pectin content and its Cu retention, thereby reducing Cu influx into the cytoplasm. Additionally, exogenous MT upregulated the expression of Heavy Metal ATPase 4 (OsHMA4) involved in vacuolar sequestration, as well as Cu efflux transporter genes OsHMA6 and OsHMA9. Conversely, it downregulated the plasma membrane Cu uptake-associated genes Copper Transporter (OsCOPT1, OsCOPT2, and OsCOPT3), the vacuolar Cu exporter OsCOPT7, and the xylem loading transporter gene OsHMA5, thereby alleviating Cu toxicity in rice. Furthermore, MT elevated nitric oxide (NO) levels in root tips, and application of the exogenous NO scavenger, 2-(4-carboxyphenyl)-4, 4, 5, 5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide (cPTIO), attenuated the mitigative effect of MT on excess Cu-stressed rice. In summary, MT alleviates Cu toxicity by reducing Cu binding to root cell walls, thereby limiting Cu uptake and translocation from roots to shoots. This process may depend on NO accumulation and provides new insights into the molecular mechanisms underlying MT-induced Cu tolerance in rice.
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