Nanoplastic toxicity induces metabolic shifts in Populus × euramericana cv. '74/76' revealed by multi-omics analysis

光合作用 类囊体 代谢组学 毒性 代谢途径 叶绿素 抗氧化剂 叶绿体 氧化应激 生物 植物生理学 萎蔫 光合效率 类黄酮 转录组 化学 新陈代谢 植物 生物化学 生物信息学 基因 有机化学 基因表达
作者
Liren Xu,Chong Liu,Yachao Ren,Yinran Huang,Yichao Liu,Shuxiang Feng,Xinyu Zhong,Donglin Fu,Xiaohong Zhou,Jinmao Wang,Yujun Liu,Minsheng Yang
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:470: 134148-134148 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2024.134148
摘要

There is increasing global concern regarding the pervasive issue of plastic pollution. We investigated the response of Populus × euramericana cv. '74/76' to nanoplastic toxicity via phenotypic, microanatomical, physiological, transcriptomic, and metabolomic approaches. Polystyrene nanoplastics (PS-NPs) were distributed throughout the test plants after the application of PS-NPs. Nanoplastics principally accumulated in the roots; minimal fractions were translocated to the leaves. In leaves, however, PS-NPs easily penetrated membranes and became concentrated in chloroplasts, causing thylakoid disintegration and chlorophyll degradation. Finally, oxidant damage from the influx of PS-NPs led to diminished photosynthesis, stunted growth, and etiolation and/or wilting. By integrating dual-omics data, we found that plants could counteract mild PS-NP-induced oxidative stress through the antioxidant enzyme system without initiating secondary metabolic defense mechanisms. In contrast, severe PS-NP treatments promoted a shift in metabolic pattern from primary metabolism to secondary metabolic defense mechanisms, an effect that was particularly pronounced during the upregulation of flavonoid biosynthesis. Our findings provide a useful framework from which to further clarify the roles of key biochemical pathways in plant responses to nanoplastic toxicity. Our work also supports the development of effective strategies to mitigate the environmental risks of nanoplastics by biologically immobilizing them in contaminated lands.
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