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Glyphosate hormesis stimulates tomato (Solanum lycopersicum L.) plant growth and enhances tolerance against environmental abiotic stress by triggering nonphotochemical quenching.
Pest Manag Sci · 2024 · 80:3628-3639 · PMID 38456569 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 농업과 정책 > 기타·종설
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초록 전문 번역 · gemma4:e4b
배경: 글리포세이트는 전 세계적으로 가장 광범위하게 사용되는 제초제이다. 낮은 농도의 글리포세이트에 의한 호르메시스(hormesis)는 많은 식물 종에서 폭넓게 보고되었다. 그러나 글리포세이트 호르메시스 자극에 반응하는 식물의 특이적인 적응 메커니즘은 여전히 불분명하다. 본 연구는 글리포세이트 농도와 토마토 식물 생장 간의 이중성 관계(biphasic relationship) 및 글리포세이트 호르메시스가 어떻게 식물 성장을 자극하고 환경 스트레스 내성을 향상시키는지에 초점을 맞추었다. 결과: 본 연구는 글리포세이트가 0.063 g ha$^{-1}$에서 최대 162%의 자극(MAX)을 보이는 이중성 관계를 설명하기 위해 호르메시스 모델을 구축하였다. 저농도 글리포세이트는 광합성 색소 함량을 증가시키고 광합성 효율을 개선하여 식물 생장을 자극하는 것으로 나타났다. 또한, 글리포세이트 호르메시스가 비광화학적 엽록소 형광 소광(NPQ) 반응을 유도하여 광계 II(PSII)로부터의 과잉 에너지 스트레스를 분산시킴으로써 디우론(diuron; 대표적인 광합성 저해제)에 대한 식물 내성을 향상시키는 것을 발견하였다. 전사체 분석 및 정량 실시간 중합효소 연쇄 반응 결과, 광합성 안테나 단백질 경로가 글리포세이트 호르메시스에 가장 민감했으며, NPQ에 관여하는 PsbS(광계 II 소단위 S를 암호화), ZEP(제아잔틴 에폭시다아제(zeaxanthin epoxidase)를 암호화) 및 VDE(바이올라잔틴 탈에폭시다아제(violaxanthin de-epoxidase)를 암호화)가 글리포세이트 호르메시스에 대한 식물 반응에서 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. 결론: 이러한 결과는 식물의 호르메시스 메커니즘에 대한 새로운 통찰력을 제공하며 농업 분야에서 글리포세이트 호르메시스의 적용에 의미가 있다. © 2024 Society of Chemical Industry.
ORIGINAL ABSTRACT
BACKGROUND: Glyphosate is the most widely applied herbicide in the world. Hormesis caused by low glyphosate doses has been widely documented in many plant species. However, the specific adaptative mechanism of plants responding to glyphosate hormesis stimulation remains unclear. This study focused on the biphasic relationship between glyphosate dose and tomato plant growth, and how glyphosate hormesis stimulates plant growth and enhances tolerance to environmental stress. RESULTS: We constructed a hormesis model to describe the biphasic relationship with a maximal stimulation (MAX) of 162% above control by glyphosate at 0.063 g ha-1. Low-dose glyphosate increased photosynthetic pigment contents and improve photosynthetic efficiency, leading to plant growth stimulation. We also found that glyphosate hormesis enhanced plant tolerance to diuron (DCMU; a representative photosynthesis inhibitor) by triggering the nonphotochemical chlorophyll fluorescence quenching (NPQ) reaction to dissipate excess energy stress from photosystem II (PSII). Transcriptomic analysis and quantitative real-time polymerase chain reaction results revealed that the photosynthesis-antenna proteins pathway was the most sensitive to glyphosate hormesis, and PsbS (encoding photosystem II subunit S), ZEP (encoding zeaxanthin epoxidase) and VDE (encoding violaxanthin de-epoxidase) involved in NPQ played crucial roles in the plant response to glyphosate hormesis. CONCLUSION: These results provide novel insights into the mechanisms of plant hormesis and is meaningful to the application of glyphosate hormesis in agriculture. © 2024 Society of Chemical Industry.
저자Wang, Y.; Cui, Y.; Li, J.; Xu, N.; Shi, T.; Sun, Y.; Zhang, C.
저널Pest management science
권·호·쪽80(7), 3628-3639
PMID38456569
DOI10.1002/ps.8067
MeSHGlyphosate; Glycine; Hormesis; Solanum lycopersicum; Herbicides; Stress, Physiological; Photosynthesis; Photosystem II Protein Complex
APA 7판
Wang, Y., Cui, Y., Li, J., Xu, N., Shi, T., Sun, Y., & Zhang, C. (2024). Glyphosate hormesis stimulates tomato (Solanum lycopersicum L.) plant growth and enhances tolerance against environmental abiotic stress by triggering nonphotochemical quenching. Pest Manag Sci, 80(7), 3628-3639. https://doi.org/10.1002/ps.8067
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