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A new oxidative pathway of nitric oxide production from oximes in plants

生物化学 一氧化氮 生物 活性氧 超氧化物歧化酶 硝酸还原酶 氧化磷酸化 活性氮物种 超氧化物 过氧化物酶 氧化应激 内分泌学
作者
Pedro López‐Gómez,Javier Buezo,Marina Urra,Alfonso Cornejo,Raquel Esteban,Jorge Fernández de los Reyes,Estíbaliz Urarte,Estefanía Rodríguez-Dobreva,Alejandro Chamizo‐Ampudia,Alejandro Eguaras,Sebastian Wolf,Daniel Marino,Víctor Martínez‐Merino,José F. Morán
出处
期刊:Molecular Plant [Elsevier BV]
卷期号:17 (1): 178-198 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.molp.2023.12.009
摘要

Nitric oxide (NO) is an essential reactive oxygen species and a signal molecule in plants. Although several studies have proposed the occurrence of oxidative NO production, only reductive routes for NO production, such as the nitrate (NO-3) -upper-reductase pathway, have been evidenced to date in land plants. However, plants grown axenically with ammonium as the sole source of nitrogen exhibit contents of nitrite and NO3−, evidencing the existence of a metabolic pathway for oxidative production of NO. We hypothesized that oximes, such as indole-3-acetaldoxime (IAOx), a precursor to indole-3-acetic acid, are intermediate oxidation products in NO synthesis. We detected the production of NO from IAOx and other oximes catalyzed by peroxidase (POD) enzyme using both 4-amino-5-methylamino-2′,7′-difluorescein fluorescence and chemiluminescence. Flavins stimulated the reaction, while superoxide dismutase inhibited it. Interestingly, mouse NO synthase can also use IAOx to produce NO at a lower rate than POD. We provided a full mechanism for POD-dependent NO production from IAOx consistent with the experimental data and supported by density functional theory calculations. We showed that the addition of IAOx to extracts from Medicago truncatula increased the in vitro production of NO, while in vivo supplementation of IAOx and other oximes increased the number of lateral roots, as shown for NO donors, and a more than 10-fold increase in IAOx dehydratase expression. Furthermore, we found that in vivo supplementation of IAOx increased NO production in Arabidopsis thaliana wild-type plants, while prx33-34 mutant plants, defective in POD33-34, had reduced production. Our data show that the release of NO by IAOx, as well as its auxinic effect, explain the superroot phenotype. Collectively, our study reveals that plants produce NO utilizing diverse molecules such as oximes, POD, and flavins, which are widely distributed in the plant kingdom, thus introducing a long-awaited oxidative pathway to NO production in plants. This knowledge has essential implications for understanding signaling in biological systems.
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