Physiological characterization of cadmium‐exposed Chlamydomonas reinhardtii

莱茵衣藻 植物螯合素 生物化学 化学 生物 谷胱甘肽 基因 突变体 有机化学
作者
Anja Bräutigam,Dirk Schaumlöffel,Hugues Preud’homme,Iris Thondorf,Dirk Wesenberg
出处
期刊:Plant Cell and Environment [Wiley]
卷期号:34 (12): 2071-2082 被引量:34
标识
DOI:10.1111/j.1365-3040.2011.02404.x
摘要

ABSTRACT Chlamydomonas reinhardtii is a common model organism for investigation of metal stress. This green alga produces phytochelatins in the presence of metal ions. The influence of cadmium is of main interest, because it is a strong activator of phytochelatin synthase. Cell wall bound and intracellular cadmium content was determined after exposition to 70 µ m CdCl 2 , showing the main portion of the metal outside the cell. Nevertheless, imported cadmium was sufficient to cause significant changes in thiolpeptide metabolism and its transcriptional regulation. Modern analytical approaches enable new insights into phytochelatin (PC) distribution. A new rapid and precise UPLC‐MS method allowed high‐throughput PC quantification in algal samples after 1, 4, 24 and 48 h cadmium stress. Initially, canonic PCs were synthesized in C. reinhardtii during cadmium exposition, but afterwards CysPCs became the major thiolpeptides. Thus, after 48 h the concentration of the PC‐isoforms CysPC 2‐3 and CysGSH attained between 105 and 199 nmol g −1 fresh weight (FW), whereas the PC 2‐3 concentrations were only 15 nmol g −1 FW. The relative quantification of γ ‐glutamyl transpeptidase ( γ ‐GT) mRNA suggests the generation of CysPCs by glutamate cleavage from canonic PCs by γ ‐GT. Furthermore, a homology model of C. reinhardtii phytochelatin synthase was constructed to verify the use of crystal structures from Anabaena sp. phytochelatin synthase (PCS) for docking studies with canonical PCs and CysPCs. From the difference in energy scores, we hypothesize that CysPC may prevent the synthesis of canonical PCs by blocking the binding pocket. Finally, possible physiological reasons for the high abundance of CysPC compared with their canonic precursors are discussed.
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