Oxidative stress in duckweed (Lemna minor L.) induced by glyphosate: Is the mitochondrial electron transport chain a target of this herbicide?
Environ Pollut · 2016 · 218:402-409 · PMID 27435612 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 발암성 > 산화스트레스·기전 · 실험투여
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본 연구에서는 글리포세이트에 노출된 *Lemna minor* 식물의 생리적 반응을 조사하였다. 이 제초제가 광합성, 호흡 및 색소 농도에 미치는 유해한 영향은 과산화수소($\text{H}_2\text{O}_2$) 축적을 통한 글리포세이트 유발 산화 스트레스와 관련이 있었다. 광합성 및 호흡 전자전달계(ETC) 저해제를 사용하여 500 mg $\text{L}^{-1}$의 글리포세이트에 노출된 식물에서 활성산소종(ROS) 생성의 주요 부위를 확인하였다. 로테논으로 미토콘드리아 ETC 복합체 I을 저해했을 때, 글리포세이트 처리된 식물의 $\text{H}_2\text{O}_2$ 농도가 감소하였다. 복합체 III 활성은 글리포세이트에 매우 민감했으며, 이는 반퀴논에서 산소로 전자를 우회시켜 ROS 생성을 유발하는 방식으로 작용하여 안티마이신 A(미토콘드리아 ETC 복합체 III의 저해제)와 유사하게 작용하는 것으로 보인다. 공초점 분석을 통한 ROS 국소화 평가 결과, 초기 글리포세이트 노출 시 ROS는 엽록체 외부에서 처음 생성됨을 보여주었다. 본 연구 결과는 글리포세이트가 시키미산 경로를 방해하는 것 외에도 미토콘드리아 ETC를 표적으로 하여 $\text{H}_2\text{O}_2$ 생성을 통해 식물에 산화 스트레스를 유발할 수 있으며, 이는 비표적 생물체에서 관찰된 효과를 설명할 수 있음을 시사한다.ORIGINAL ABSTRACT
We investigated the physiological responses of Lemna minor plants exposed to glyphosate. The deleterious effects of this herbicide on photosynthesis, respiration, and pigment concentrations were related to glyphosate-induced oxidative stress through hydrogen peroxide (H2O2) accumulation. By using photosynthetic and respiratory electron transport chain (ETC) inhibitors we located the primary site of reactive oxygen species (ROS) production in plants exposed to 500 mg glyphosate l-1. Inhibition of mitochondrial ETC Complex I by rotenone reduced H2O2 concentrations in glyphosate-treated plants. Complex III activity was very sensitive to glyphosate which appears to act much like antimycin A (an inhibitor of mitochondrial ETC Complex III) by shunting electrons from semiquinone to oxygen, with resulting ROS formation. Confocal evaluations for ROS localization showed that ROS are initially produced outside of the chloroplasts upon initial glyphosate exposure. Our results indicate that in addition to interfering with the shikimate pathway, glyphosate can induce oxidative stress in plants through H2O2 formation by targeting the mitochondrial ETC, which would explain its observed effects on non-target organisms.| 저자 | Gomes, M. P.; Juneau, P. |
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| 저널 | Environmental pollution (Barking, Essex : 1987) |
| 권·호·쪽 | 218, 402-409 |
| PMID | 27435612 |
| DOI | 10.1016/j.envpol.2016.07.019 |
| MeSH | Antimycin A; Araceae; Electron Transport; Electron Transport Chain Complex Proteins; Glycine; Herbicides; Hydrogen Peroxide; Mitochondria; Oxidative Stress; Photosynthesis; Reactive Oxygen Species; Rotenone; Glyphosate |