Integrated ultrastructural, physiological, transcriptomic, and metabolomic analysis uncovers the mechanisms by which nicotinamide alleviates cadmium toxicity in Pistia stratiotes L.

水浮莲 毒性 氧化应激 过氧化氢酶 苯丙素 植物修复 生物 化学 生物化学 生态学 水生植物 生物合成 环境化学 水生植物 有机化学 重金属
作者
Xiong Li,Na Hu,Yanshuang Li,Haisheng Tang,Xumei Huang,Ting Yang,Jianchu Xu
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:467: 133702-133702 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2024.133702
摘要

Exogenous nicotinamide (NIC) is a promising solution to relieve heavy metal (HM) toxicity in plants. Nonetheless, the underlying mechanisms involved remain poorly understood. As NIC addition (200 μM) can increase the tolerance of Pistia stratiotes L. to Cd stress (10 mg L-1), this strategy was subjected to integrated ultrastructural, physiological, transcriptomic, and metabolomic analysis to reveal the mechanisms involved. Exogenous NIC initiated a series of physiological, transcriptional, and metabolic responses that alleviated Cd damage. NIC addition improved Cd transfer from roots to leaves and reduced Cd damage in roots. The transported Cd to leaves did not induce further toxicity because it was abundantly compartmentalised in cell walls, which might be mediated by lignin synthesis. Moreover, NIC addition improved the repair of photosystem II in leaves under Cd stress by inducing key genes (e.g., chlorophyll A-B binding protein and PSII repair protein encoding genes), resulting in the restoration of Fv/Fm. In addition, antioxidant enzyme activities (e.g., peroxidase and catalase) and synthesis of antioxidants (e.g., stachydrine and curculigoside) were triggered to overcome oxidative stress. Our work paves the way for a deeper understanding of the mechanisms by which NIC alleviates HM toxicity in plants, providing a basis for improving phytoremediation.
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