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Role of glutathione S-transferases in the mode of action of herbicides that inhibit amino acid synthesis in Amaranthus palmeri.
Plant Physiol Biochem · 2024 · 208:108506 · PMID 38461753 · 등급2 코호트·RCT 코호트연구 · 농업과 정책 > 저항성 잡초 · 식물
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초록 전문 번역 · gemma4:e4b
아세토락테이트 합성효소 억제제(ALS 억제제)와 글리포세이트는 각각 가지사슬 또는 방향족 아미노산의 생합성 경로에 있는 효소를 억제하여 작용하는 두 계열의 제초제이다. 아미노산 합성 저해 외에도, 이 두 제초제 모두 식물에서 유사한 생리적 영향을 유발한다. 본 연구의 주요 목적은 아마란투스 팔메리(Amaranthus palmeri)에서 글리포세이트와 ALS 억제제의 작용 기전에서 글루타티온 대사, 특히 글루타티온 S-전달효소(GSTs)의 역할을 평가하는 것이었다. 이를 위해 글리포세이트 민감성(GLS) 및 글리포세이트 내성(GLR) 집단 식물에 다양한 용량의 글리포세이트를 처리하였고, ALS 억제제 민감성(AIS) 및 ALS 억제제 내성(AIR) 집단 식물에는 다양한 용량의 ALS 억제제 니코술퓨론을 처리하였다. 잎에서 글루타티온 관련 함량, GST 활성도, 그리고 관련 유전자 발현(글루타마트-시스테인 리가아제, 글루타티온 환원효소, Phi GST 및 Tau GST)이 분석되었다. 분석 결과에 따르면, GLS와 GLR 식물 간 또는 AIS와 AIR 식물 간에는 기저 수준에서 거의 차이가 없었다. 글루타티온 합성 및 회전율은 제초제에 반응하여 뚜렷한 패턴을 보이지 않았으나, GST 활성도와 유전자 발현(특히 Phi GSTs)은 처리된 민감성 식물 모두에서 증가하였으며, 이는 과산화수소($\text{H}_2\text{O}_2$) 축적과 관련이 있을 수 있다. GST가 가장 명확한 결과를 보였으므로, 이들은 글리포세이트와 ALS 억제제 피리티오박(pyrithiobac)에 대한 표적 부위 저항성을 결합시킨 다중 내성(MR) 집단을 이용하여 추가로 조사되었다. 단일 내성 식물에서와 마찬가지로, MR 집단에서 측정된 매개변수들은 제초제에 의해 영향을 받지 않았으며, 이는 GST 활성도 및 발현의 증가는 표적 효소와의 제초제 상호작용으로 인해 발생함을 의미한다.
ORIGINAL ABSTRACT
Acetolactate synthase inhibitors (ALS inhibitors) and glyphosate are two classes of herbicides that act by inhibiting an enzyme in the biosynthetic pathway of branched-chain or aromatic amino acids, respectively. Besides amino acid synthesis inhibition, both herbicides trigger similar physiological effects in plants. The main aim of this study was to evaluate the role of glutathione metabolism, with special emphasis on glutathione S-transferases (GSTs), in the mode of action of glyphosate and ALS inhibitors in Amaranthus palmeri. For that purpose, plants belonging to a glyphosate-sensitive (GLS) and a glyphosate-resistant (GLR) population were treated with different doses of glyphosate, and plants belonging to an ALS-inhibitor sensitive (AIS) and an ALS-inhibitor resistant (AIR) population were treated with different doses of the ALS inhibitor nicosulfuron. Glutathione-related contents, GST activity, and related gene expressions (glutamate-cysteine ligase, glutathione reductase, Phi GST and Tau GST) were analysed in leaves. According to the results of the analytical determinations, there were virtually no basal differences between GLS and GLR plants or between AIS and AIR plants. Glutathione synthesis and turnover did not follow a clear pattern in response to herbicides, but GST activity and gene expression (especially Phi GSTs) increased with both herbicides in treated sensitive plants, possibly related to the rocketing H2O2 accumulation. As GSTs offered the clearest results, these were further investigated with a multiple resistant (MR) population, compressing target-site resistance to both glyphosate and the ALS inhibitor pyrithiobac. As in single-resistant plants, measured parameters in the MR population were unaffected by herbicides, meaning that the increase in GST activity and expression occurs due to herbicide interactions with the target enzymes.
저자Eceiza, M. V.; Jimenez-Martinez, C.; Gil-Monreal, M.; Barco-Antoñanzas, M.; Font-Farre, M.; Huybrechts, M.; van der Hoorn, R. L.; Cuypers, A.; Royuela, M.; Zabalza, A.
저널Plant physiology and biochemistry : PPB
권·호·쪽208, 108506
PMID38461753
DOI10.1016/j.plaphy.2024.108506
MeSHHerbicides; Amaranthus; Hydrogen Peroxide; Herbicide Resistance; Glyphosate; Glutathione; Transferases
APA 7판
Eceiza, M. V., Jimenez-Martinez, C., Gil-Monreal, M., Barco-Antoñanzas, M., Font-Farre, M., Huybrechts, M., van der Hoorn, R. L., Cuypers, A., Royuela, M., & Zabalza, A. (2024). Role of glutathione S-transferases in the mode of action of herbicides that inhibit amino acid synthesis in Amaranthus palmeri. Plant Physiol Biochem, 208, 108506. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2024.108506
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