Phytate-Mediated Arsenic Hyperaccumulation in Pteris vittata : Synthesis, Sequestration, and Exudation

化学 新陈代谢 运输机 植物修复 生物化学 生物量(生态学) 植酸 食品科学 基因表达 生物利用度 环境化学 植物 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 基因 染色体易位
作者
Chunyan Hu,Shufen Xiao,Ran Han,Xiang Zhang,Dan Sun,Yue Cao,Benjamin L. Turner,Chenjing Liu,Lena Q. Ma,Chunyan Hu,Shufen Xiao,Ran Han,Xiang Zhang,Dan Sun,Yue Cao,Benjamin L. Turner,Chenjing Liu,Lena Q. Ma
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.est.5c08760
摘要

Phytate enhances arsenic metabolism in As-hyperaccumulator Pteris vittata, but the underlying mechanisms remain unclear. Using P. multifida and P. ensiformis as comparisons, we investigated the plant growth, As/P uptake, and phytate synthesis, sequestration, and exudation in P. vittata under 10-100 μM As exposure. The expressions of P transporters Pht1;2-1;4, phytate synthesis genes including myo-inositol 3-phosphate synthase (MIPS), myo-inositol monophosphatase (IMP), and 2-phosphoglyceric acid kinase (2-PGK), and phytate transporter multidrug resistance-associated protein 5 (MRP5) were analyzed. After 3 weeks of growth, P. vittata accumulated the greatest As in the fronds at 155-3098 mg kg-1, with biomass being increased by 9.8-63%. While greater expression of PvPht1;2/1;4 helped P. vittata maintain stable plant P contents at 3005-3552 mg kg-1, PmPht1;2/1;4 and PePht1;2/1;4 expressions were reduced by 10-55%. Arsenic exposure enhanced phytate accumulation in P. vittata by upregulating phytate synthesis genes MIPS, IMP, and 2-PGK and phytate transporter gene MRP5 by 1.3-1.7-fold, increasing phytate contents by 1.1-2.1-fold to 69.2-371 mg kg-1. Further, P. vittata increased phytate root exudation by 1.5-3.6-fold under As exposure, whereas P. multifida and P. ensiformis mainly exuded tartrate. In short, As-enhanced phytate metabolism in P. vittata is unique and contributes to its superior As-accumulation ability, showing implication for phytoremediation of As-contaminated soils.
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