Physiology and proteomics reveal Fulvic acid mitigates Cadmium adverse effects on growth and photosynthetic properties of lettuce
Resumo
Compreender os mecanismos moleculares das plantas em resposta ao estresse por Cd é crucial para melhorar a adaptação das plantas ao estresse por Cd. O ácido fúlvico (AF) é uma substância húmica ativa que é frequentemente usada como condicionador do solo. No entanto, há poucos relatos sobre o papel da AF contra o estresse do Cd. O objetivo deste estudo foi determinar os efeitos do ácido fúlvico no alívio da toxicidade do Cd em alface (Lactuca sativa L) em condições hidropônicas. Os resultados mostraram que o estresse por 20 μmol/L Cd reduziu significativamente o metabolismo fotossintético dos pigmentos e a expressão de proteínas relacionadas ao aparato fotossintético, inibindo assim o transporte fotossintético de elétrons, taxa fotossintética líquida e afetando negativamente a assimilação de carbono fotossintético e o crescimento da alface. Entretanto, achados proteômicos sugerem que a aplicação de AF pode reduzir os efeitos adversos da contaminação por Cd. Comparado ao estresse por Cd isoladamente, o AF aumentou significativamente a expressão das proteínas captadoras de luz, centro de reação e proteínas relacionadas ao transporte de elétrons. Outros resultados mostraram que a AF a 0,5 g/L reduziu a absorção de Cd pelas raízes, resultando em uma redução de 23,5% no teor total de Cd na alface. Além disso, o AF aumentou o metabolismo do S e reconstruiu a homeostase redox nas células. Em geral, essas descobertas fornecem novos insights sobre o mecanismo de mitigação da toxicidade do cádmio em alface por AF. O que é recomendado como uma ferramenta ecológica para melhorar o desempenho da fotossíntese e a biomassa da alface sob estresse por Cd.
Abstract
Understanding the molecular mechanisms of plants in response to Cd stress is crucial for improving plants adaptation to Cd stress. Fulvic acid (FA) is an active humic substance that is often used as a soil conditioner. However, there are few reports on the role of FA against Cd stress. The aim of this study was to determine the effects of Fulvic acid on alleviation of Cd toxicity in lettuce (Lactuca sativa L) under hydroponic conditions. Our results showed that 20 μmol/L Cd stress significantly reduced photosynthetic pigment metabolism and the expression of photosynthetic apparatus-related proteins, thereby inhibiting photosynthetic electron transport, net photosynthetic rate and negatively affecting photosynthetic carbon assimilation and growth of lettuce. However, proteomic findings suggest that the application of FA can reduce the adverse effects of Cd contamination. Compared to Cd stress alone, FA significantly increased the expression of Light-harvesting proteins, reaction center and electron transport-related proteins. Further results showed that FA at 0.5 g/L reduced the uptake of Cd by the roots, resulting in a 23.5% reduction in total Cd content in lettuce. Moreover, FA enhanced S metabolism and rebuilt redox homeostasis in cells. Overall, these findings provide new insights into the mechanism of cadmium toxicity mitigation in lettuce by FA. Which is recommended as an eco-friendly tool for improving the photosynthesis performance and biomass of lettuce under Cd stress.
Xiaojing Chen
Xin Zhang
Hao Chen
Xiaoming Xu
2022 - Plant Science
