Молекулярные и физиологические механизмы ответа на кадмий у сеянцев двух генотипов Theobroma cacao L.
Molecular and physiological mechanisms of the cadmium response in seedlings of two Theobroma cacao L. genotypes
Paola Delgadillo-Durán, Francisco Miguel Menéndez-Burns, Caren Rodriguez‐Medina, Andrea C. Montenegro, Albert Istvan, Mark J. Guiltinan, Roxana B. Yockteng, Siela N. Maximova
Аннотация (перевод)
Аннотация Цели Понимание механизмов накопления кадмия (Cd) в растениях какао имеет решающее значение для снижения рисков для здоровья, связанных с воздействием Cd при потреблении шоколада. Были охарактеризованы общие и генотип-специфичные молекулярные и физиологические ответы. Методы Сеянцы генотипов какао PA121 и TSH660 подвергались воздействию 0 и 10 ppm Cd в гидропонных условиях. Образцы отбирали через 0, 24 и 48 h (RNAseq) и через 60 дней после обработки (ICP-OES). Профили экспрессии генов сравнивали с использованием анализа дифференциальной экспрессии генов (DEG) и анализа генных онтологий. Измерения газообмена (Gs) и абсцизовой кислоты (ABA) проводились на выращенных в теплице сеянцах PA121. Результаты Как общие, так и генотип-специфичные изменения наблюдались в генах, связанных с детоксикацией, ROS и метаболизмом гормонов, в частности в генах, связанных с ABA. В листьях у генотипа со слабым накоплением наблюдалось меньше DEG, чем у генотипа с высоким накоплением, тогда как в корнях оба генотипа демонстрировали сходные профили экспрессии. Генотип с высоким накоплением продемонстрировал меньше статистически значимых изменений экспрессии ключевых генов биосинтеза гормонов. В корнях экспрессия генов семейств транспортеров Cd, включая ZIP/IRT и NRAMP, была снижена. Генотип с высоким накоплением продемонстрировал значительное снижение экспрессии одного ортолога ZIP и одного ортолога HMA5, тогда как ответ генотипа с низким накоплением включал повышение экспрессии другого ортолога HMA5. Кроме того, у сеянцев генотипа с высоким накоплением при воздействии 12 ppm Cd снижалась Gs без значительных изменений в фотосинтезе, в то время как концентрация ABA в корнях увеличивалась через 36 h после воздействия Cd. Выводы В совокупности эти результаты подтверждают модель, согласно которой Cd индуцирует ABA-опосредованную передачу сигналов в корнях, снижающую устьичную проводимость и обусловленный транспирацией массоперенос, одновременно подавляя экспрессию активных транспортеров Cd и тем самым ограничивая поглощение Cd.
Оригинальная аннотация
Abstract Aims Understanding the mechanisms of cadmium (Cd) accumulation in cacao plants is critical to mitigating health risks associated with Cd exposure through chocolate consumption. A general and genotype-specific molecular and physiological responses were characterized. Methods Seedlings of cacao genotypes PA121 and TSH660 were exposed to 0 and 10 ppm Cd in hydroponic conditions. Samples were collected at 0, 24, and 48 h (RNAseq) and at 60 days post-treatment (ICP-OES). Gene expression profiles were compared using differential gene expression (DEG) and gene ontology analyses. Gas exchange (Gs) and abscisic acid (ABA) measurements were conducted on greenhouse-grown PA121 seedlings. Results Both shared and genotype-specific changes were observed in genes associated with detoxification, ROS, and hormone metabolism, notably ABA-related genes. In leaves, the low-accumulator exhibited fewer DEGs than the high-accumulator, whereas in roots, both genotypes displayed similar expression profiles. The high-accumulating genotype exhibited fewer statistically significant expression changes in key hormone biosynthesis genes. In roots, Cd transport family genes, including ZIP/IRT and NRAMP, were downregulated. The high-accumulator genotype exhibited significant downregulation of one ZIP and one HMA5 ortholog, whereas the response of the low-accumulator genotype included upregulation of a different HMA5 ortholog. Additionally, high-accumulator seedlings exposed to 12 ppm Cd reduced Gs without significant changes in photosynthesis, while ABA concentrations increased in roots at 36 h after Cd exposure. Conclusions Together, these results support a model in which Cd induces ABA-mediated root signaling that reduces stomatal conductance and transpiration-driven mass flow, while suppressing the expression of active Cd transporters, thereby limiting Cd uptake.
Идентификаторы
Canonical: https://research.holos.house/w/a9516023-df34-48e1-b382-50a5d96f3e63
DOI: 10.1007/s11104-026-08980-z
OpenAlex: W7128503386