Published April 24, 2015 | Version v1
Publication Open

Regulation of Cadmium-Induced Proteomic and Metabolic Changes by 5-Aminolevulinic Acid in Leaves of Brassica napus L.

Creators

  • 1. Zhejiang University
  • 2. Kohat University of Science and Technology
  • 3. Government College University, Faisalabad

Description

It is evident from previous reports that 5-aminolevulinic acid (ALA), like other known plant growth regulators, is effective in countering the injurious effects of heavy metal-stress in oilseed rape (Brassica napus L.). The present study was carried out to explore the capability of ALA to improve cadmium (Cd2+) tolerance in B. napus through physiological, molecular, and proteomic analytical approaches. Results showed that application of ALA helped the plants to adjust Cd2+-induced metabolic and photosynthetic fluorescence changes in the leaves of B. napus under Cd2+ stress. The data revealed that ALA treatment enhanced the gene expressions of antioxidant enzyme activities substantially and could increase the expression to a certain degree under Cd2+ stress conditions. In the present study, 34 protein spots were identified that differentially regulated due to Cd2+ and/or ALA treatments. Among them, 18 proteins were significantly regulated by ALA, including the proteins associated with stress related, carbohydrate metabolism, catalysis, dehydration of damaged protein, CO2 assimilation/photosynthesis and protein synthesis/regulation. From these 18 ALA-regulated proteins, 12 proteins were significantly down-regulated and 6 proteins were up-regulated. Interestingly, it was observed that ALA-induced the up-regulation of dihydrolipoyl dehydrogenase, light harvesting complex photo-system II subunit 6 and 30S ribosomal proteins in the presence of Cd2+ stress. In addition, it was also observed that ALA-induced the down-regulation in thioredoxin-like protein, 2, 3-bisphosphoglycerate, proteasome and thiamine thiazole synthase proteins under Cd2+ stress. Taken together, the present study sheds light on molecular mechanisms involved in ALA-induced Cd2+ tolerance in B. napus leaves and suggests a more active involvement of ALA in plant physiological processes than previously proposed.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يتضح من التقارير السابقة أن حمض 5 -أمينوليفولينيك (ALA)، مثله مثل منظمات نمو النبات المعروفة الأخرى، فعال في مواجهة الآثار الضارة لإجهاد المعادن الثقيلة في اغتصاب البذور الزيتية (Brassica napus L.). تم إجراء هذه الدراسة لاستكشاف قدرة ALA على تحسين تحمل الكادميوم (Cd2+) في B. napus من خلال الأساليب التحليلية الفسيولوجية والجزيئية والبروتينية. أظهرت النتائج أن تطبيق حمض ألفا لينولينيك ساعد النباتات على ضبط التغيرات الأيضية والفلورية الناتجة عن Cd2 + في أوراق B. napus تحت ضغطCd2 +. كشفت البيانات أن علاج ALA عزز التعبير الجيني لأنشطة الإنزيم المضاد للأكسدة بشكل كبير ويمكن أن يزيد التعبير إلى درجة معينة في ظل ظروف الإجهاد Cd2 +. في هذه الدراسة، تم تحديد 34 بقعة بروتينية منظمة بشكل مختلف بسبب علاجات Cd2+ و/أو ALA. من بينها، تم تنظيم 18 بروتينًا بشكل كبير من قبل ALA، بما في ذلك البروتينات المرتبطة بالإجهاد، واستقلاب الكربوهيدرات، والحفز، وجفاف البروتين التالف، واستيعاب ثاني أكسيد الكربون/التمثيل الضوئي وتوليف/تنظيم البروتين. من بين هذه البروتينات الـ 18 الخاضعة للتنظيم ALA، تم تنظيم 12 بروتينًا بشكل كبير وتم تنظيم 6 بروتينات بشكل أعلى. ومن المثير للاهتمام، لوحظ أن ALA تسبب في زيادة تنظيم نازعة هيدروجين ثنائي هيدروليبويل، والوحدة الفرعية 6 و 30 ثانية من البروتينات الريبوسومية لنظام حصاد الضوء الضوئي المعقد II في وجود إجهادCd2 +. بالإضافة إلى ذلك، لوحظ أيضًا أن ALA تسبب في انخفاض التنظيم في البروتين الشبيه بالثيوريدوكسين، 2، 3 -ثنائي فوسفوجليسيرات، بروتيازوم وبروتين ثيازول الثيامين تحت ضغطCd2 +. مجتمعة، تسلط هذه الدراسة الضوء على الآليات الجزيئية المشاركة في تحمل Cd2 + الناجم عن ALA في أوراق B. napus وتقترح مشاركة أكثر نشاطًا لـ ALA في العمليات الفسيولوجية النباتية مما كان مقترحًا سابقًا.

Translated Description (French)

Il ressort des rapports précédents que l'acide 5-aminolévulinique (ALA), comme d'autres régulateurs de croissance des plantes connus, est efficace pour contrer les effets nocifs du stress dû aux métaux lourds dans le colza (Brassica napus L.). La présente étude a été réalisée pour explorer la capacité de l'ALA à améliorer la tolérance au cadmium (Cd2+) chez B. napus par des approches analytiques physiologiques, moléculaires et protéomiques. Les résultats ont montré que l'application d'ALA aidait les plantes à ajuster les changements de fluorescence métabolique et photosynthétique induits par le Cd2+ dans les feuilles de B. napus sous stress de Cd2+. Les données ont révélé que le traitement à l'ALA améliorait considérablement l'expression génique des activités enzymatiques antioxydantes et pouvait augmenter l'expression dans une certaine mesure dans des conditions de stress Cd2+. Dans la présente étude, 34 taches protéiques ont été identifiées qui régulent différemment en raison des traitements au Cd2+ et/ou à l'ALA. Parmi elles, 18 protéines étaient significativement régulées par l'ALA, y compris les protéines associées au stress, au métabolisme des glucides, à la catalyse, à la déshydratation des protéines endommagées, à l'assimilation/photosynthèse du CO2 et à la synthèse/régulation des protéines. Parmi ces 18 protéines régulées par l'ALA, 12 protéines ont été significativement régulées à la baisse et 6 protéines ont été régulées à la hausse. Fait intéressant, il a été observé que l'ALA induisait la régulation positive de la dihydrolipoyl déshydrogénase, la sous-unité ribosomale 6 et 30S du photo-système II complexe récoltant la lumière en présence de stress Cd2+. De plus, il a également été observé que l'ALA induisait la régulation négative des protéines de type thiorédoxine, 2, 3-bisphosphoglycérate, protéasome et thiamine thiazole synthase sous stress Cd2+. Dans l'ensemble, la présente étude met en lumière les mécanismes moléculaires impliqués dans la tolérance au Cd2+ induite par l'ALA chez les feuilles de B. napus et suggère une implication plus active de l'ALA dans les processus physiologiques des plantes que celle proposée précédemment.

Translated Description (Spanish)

Es evidente a partir de informes anteriores que el ácido 5-aminolevulínico (ALA), al igual que otros reguladores del crecimiento vegetal conocidos, es eficaz para contrarrestar los efectos perjudiciales del estrés por metales pesados en la colza (Brassica napus L.). El presente estudio se llevó a cabo para explorar la capacidad del ALA para mejorar la tolerancia al cadmio (Cd2+) en B. napus a través de enfoques analíticos fisiológicos, moleculares y proteómicos. Los resultados mostraron que la aplicación de ALA ayudó a las plantas a ajustar los cambios de fluorescencia metabólicos y fotosintéticos inducidos por Cd2+ en las hojas de B. napus bajo estrés por Cd2+. Los datos revelaron que el tratamiento con ALA mejoró sustancialmente las expresiones génicas de las actividades enzimáticas antioxidantes y podría aumentar la expresión hasta cierto punto en condiciones de estrés Cd2+. En el presente estudio, se identificaron 34 manchas de proteínas que se regulaban diferencialmente debido a los tratamientos con Cd2+ y/o ALA. Entre ellas, 18 proteínas estaban significativamente reguladas por ALA, incluidas las proteínas asociadas con el estrés, el metabolismo de los carbohidratos, la catálisis, la deshidratación de proteínas dañadas, la asimilación/fotosíntesis de CO2 y la síntesis/regulación de proteínas. De estas 18 proteínas reguladas por ala, 12 proteínas estaban significativamente reguladas a la baja y 6 proteínas estaban reguladas al alza. Curiosamente, se observó que el ala indujo la regulación positiva de la dihidrolipoil deshidrogenasa, las proteínas ribosómicas de la subunidad 6 y 30S del fotosistema II complejo de recolección de luz en presencia de estrés Cd2+. Además, también se observó que el ala indujo la regulación negativa en las proteínas tipo tiorredoxina, 2, 3-bisfosfoglicerato, proteasoma y tiamina tiazol sintasa bajo estrés Cd2+. En conjunto, el presente estudio arroja luz sobre los mecanismos moleculares involucrados en la tolerancia a Cd2+ inducida por ala en las hojas de B. napus y sugiere una participación más activa de ALA en los procesos fisiológicos de las plantas de lo propuesto anteriormente.

Files

journal.pone.0123328&type=printable.pdf

Files (1.4 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:03fc2295765e86e5f50e6dd011838219
1.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تنظيم التغيرات البروتينية والأيضية المستحثة بالكادميوم بواسطة 5 -حمض أمينيوليفولينيك في أوراق الكرنب L.
Translated title (French)
Régulation des changements protéomiques et métaboliques induits par le cadmium par l'acide 5-aminolévulinique dans les feuilles de Brassica napus L.
Translated title (Spanish)
Regulación de los cambios proteómicos y metabólicos inducidos por cadmio por ácido 5-aminolevulínico en hojas de Brassica napus L.

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2005706416
DOI
10.1371/journal.pone.0123328

Is supplement to
https://openalex.org/W2253253352 (Other)
https://openalex.org/W2142414952 (Other)
https://openalex.org/W2134604440 (Other)
https://openalex.org/W2052606001 (Other)
https://openalex.org/W2013036004 (Other)
https://openalex.org/W1991473745 (Other)
https://openalex.org/W1988335372 (Other)
https://openalex.org/W1876992098 (Other)
https://openalex.org/W1043754368 (Other)
https://openalex.org/W1018788396 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W172086352
  • https://openalex.org/W1843885912
  • https://openalex.org/W191793640
  • https://openalex.org/W1969233808
  • https://openalex.org/W1970346188
  • https://openalex.org/W1971763046
  • https://openalex.org/W1973090291
  • https://openalex.org/W1973630227
  • https://openalex.org/W1973712759
  • https://openalex.org/W1976716935
  • https://openalex.org/W1981055137
  • https://openalex.org/W1982653479
  • https://openalex.org/W1983729367
  • https://openalex.org/W1996772519
  • https://openalex.org/W2002807853
  • https://openalex.org/W2003744680
  • https://openalex.org/W2008366319
  • https://openalex.org/W2011922595
  • https://openalex.org/W2020922410
  • https://openalex.org/W2028823348
  • https://openalex.org/W2029456219
  • https://openalex.org/W2042359951
  • https://openalex.org/W2052480614
  • https://openalex.org/W2057433097
  • https://openalex.org/W2060979062
  • https://openalex.org/W2062251668
  • https://openalex.org/W2062932188
  • https://openalex.org/W2064230069
  • https://openalex.org/W2072944859
  • https://openalex.org/W2076109456
  • https://openalex.org/W2078394714
  • https://openalex.org/W2079836530
  • https://openalex.org/W2084043588
  • https://openalex.org/W2085919619
  • https://openalex.org/W2089997270
  • https://openalex.org/W2091232488
  • https://openalex.org/W2092375149
  • https://openalex.org/W2092831433
  • https://openalex.org/W2092937707
  • https://openalex.org/W2093806461
  • https://openalex.org/W2094401954
  • https://openalex.org/W2097812176
  • https://openalex.org/W2107277218
  • https://openalex.org/W2107581071
  • https://openalex.org/W2108973009
  • https://openalex.org/W2111568628
  • https://openalex.org/W2114615641
  • https://openalex.org/W2114842958
  • https://openalex.org/W2116788801
  • https://openalex.org/W2118577066
  • https://openalex.org/W2124283579
  • https://openalex.org/W2128635872
  • https://openalex.org/W2131019943
  • https://openalex.org/W2136855784
  • https://openalex.org/W2140725195
  • https://openalex.org/W2141381879
  • https://openalex.org/W2158666650
  • https://openalex.org/W2164112902
  • https://openalex.org/W2166964423
  • https://openalex.org/W2192080449
  • https://openalex.org/W2403279775
  • https://openalex.org/W320558138
  • https://openalex.org/W4293247451