Novel Insights into Hg0 Oxidation in Rice Leaf: Catalase Functions and Transcriptome Responses

过氧化氢酶 转录组 转录因子 化学 生物化学 拟南芥 基因 生物 基因表达 突变体
作者
Weijun Tian,Jianxu Wang,Yi Man,Christopher W. N. Anderson,Xinbin Feng
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:59 (1): 478-488 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c08658
摘要

Rice leaves can assimilate atmospheric mercury (Hg0), which is accumulated by grains and causes health risks to rice consumers. However, the molecular mechanisms underlying Hg0 assimilation in rice leaves remain poorly understood. Here, we investigated catalase’s (CAT) function in Hg0 oxidation within rice leaves, as well as the Hg speciation and transcriptomic profiles of rice leaves exposed to Hg0. The inactivation of catalase reduced Hg0 oxidation by 91% in the leaf homogenate and the Hg0 oxidation rate increased along with CAT activity, showing the CAT’s function in Hg0 oxidation. Hg0 was converted to Hg(cysteine)2 complexes in the leaf. Transcriptomic results revealed that the expression levels of both OsCATA and OsCATB (catalase-encoding genes) increased with Hg concentration, suggesting the involvement of catalase-related molecular network in Hg0 oxidation. Upstream transcription factors, including NAC (NAM-no apical meristem, ATAF-Arabidopsis transcription activation factor, and CUC-cup-shaped cotyledon), and ethylene-responsive transcription factor, are likely involved in catalase expression. Genes related to cysteine metabolism and amino acid transport appeared to regulate Hg accumulation. Our findings demonstrate the important function of catalase in Hg0 oxidation within rice and are fundamental for developing genetically modified rice cultivars to minimize human Hg exposure health risks.
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