Published March 1, 2018
| Version v1
Publication
Open
Climate Change and the Impact of Greenhouse Gasses: CO2 and NO, Friends and Foes of Plant Oxidative Stress
Creators
- 1. Fundación Ciencias Exactas y Naturales
- 2. National University of Mar del Plata
- 3. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
Description
Here, we review information on how plants face redox imbalance caused by climate change, and focus on the role of nitric oxide (NO) in this response. Life on Earth is possible thanks to greenhouse effect. Without it, temperature on Earth's surface would be around -19°C, instead of the current average of 14°C. Greenhouse effect is produced by greenhouse gasses (GHG) like water vapor, carbon dioxide (CO2), methane (CH4), nitrous oxides (NxO) and ozone (O3). GHG have natural and anthropogenic origin. However, increasing GHG provokes extreme climate changes such as floods, droughts and heat, which induce reactive oxygen species (ROS) and oxidative stress in plants. The main sources of ROS in stress conditions are: augmented photorespiration, NADPH oxidase (NOX) activity, β-oxidation of fatty acids and disorders in the electron transport chains of mitochondria and chloroplasts. Plants have developed an antioxidant machinery that includes the activity of ROS detoxifying enzymes [e.g., superoxide dismutase (SOD), ascorbate peroxidase (APX), catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPX), and peroxiredoxin (PRX)], as well as antioxidant molecules such as ascorbic acid (ASC) and glutathione (GSH) that are present in almost all subcellular compartments. CO2 and NO help to maintain the redox equilibrium. Higher CO2 concentrations increase the photosynthesis through the CO2-unsaturated Rubisco activity. But Rubisco photorespiration and NOX activities could also augment ROS production. NO regulate the ROS concentration preserving balance among ROS, GSH, GSNO, and ASC. When ROS are in huge concentration, NO induces transcription and activity of SOD, APX, and CAT. However, when ROS are necessary (e.g., for pathogen resistance), NO may inhibit APX, CAT, and NOX activity by the S-nitrosylation of cysteine residues, favoring cell death. NO also regulates GSH concentration in several ways. NO may react with GSH to form GSNO, the NO cell reservoir and main source of S-nitrosylation. GSNO could be decomposed by the GSNO reductase (GSNOR) to GSSG which, in turn, is reduced to GSH by glutathione reductase (GR). GSNOR may be also inhibited by S-nitrosylation and GR activated by NO. In conclusion, NO plays a central role in the tolerance of plants to climate change.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
هنا، نستعرض المعلومات حول كيفية مواجهة النباتات لاختلال توازن الأكسدة الناتجة عن تغير المناخ، ونركز على دور أكسيد النيتريك (NO) في هذه الاستجابة. الحياة على الأرض ممكنة بفضل تأثير الاحتباس الحراري. وبدون ذلك، ستكون درجة الحرارة على سطح الأرض حوالي -19 درجة مئوية، بدلاً من المتوسط الحالي البالغ 14 درجة مئوية. يتم إنتاج تأثير الدفيئة بواسطة غازات الدفيئة (GHG) مثل بخار الماء وثاني أكسيد الكربون (CO2) والميثان (CH4) وأكاسيد النيتروز (NxO) والأوزون (O3). لغازات الدفيئة أصل طبيعي ومن صنع الإنسان. ومع ذلك، فإن زيادة غازات الدفيئة تثير تغيرات مناخية شديدة مثل الفيضانات والجفاف والحرارة، والتي تحفز أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) والإجهاد التأكسدي في النباتات. المصادر الرئيسية لـ ROS في ظروف الإجهاد هي: التنفس الضوئي المعزز، نشاط أكسدة NADPH (NOX)، أكسدة β للأحماض الدهنية والاضطرابات في سلاسل نقل الإلكترون للميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء. طورت النباتات آلية مضادة للأكسدة تتضمن نشاط إنزيمات إزالة السموم ROS [على سبيل المثال، ديسموتاز الفائق الأكسيد (SOD)، بيروكسيداز الأسكوربات (APX)، كاتالاز (CAT)، بيروكسيداز الجلوتاثيون (GPX)، وبيروكسيدوكسين (PRX)]، بالإضافة إلى جزيئات مضادة للأكسدة مثل حمض الأسكوربيك (ASC) والجلوتاثيون (GSH) الموجودة في جميع المقصورات تحت الخلوية تقريبًا. ثاني أكسيد الكربون ولا يساعد في الحفاظ على توازن الأكسدة. تزيد تركيزات ثاني أكسيد الكربون المرتفعة من التمثيل الضوئي من خلال نشاط روبيسكو غير المشبع بثاني أكسيد الكربون. لكن أنشطة التنفس الضوئي وأكاسيد النيتروجين من روبيسكو يمكن أن تزيد أيضًا من إنتاج ROS. NO تنظيم تركيز ROS الحفاظ على التوازن بين ROS، GSH، GSNO، و ASC. عندما يكون ROS في تركيز كبير، فإن NO يحفز النسخ ونشاط SOD و APX و CAT. ومع ذلك، عندما يكون ROS ضروريًا (على سبيل المثال، لمقاومة مسببات الأمراض)، قد يمنع NO نشاط APX و CAT و NOX عن طريق S - nitrosylation لبقايا السيستين، مما يفضل موت الخلايا. كما ينظم NO تركيز GSH بعدة طرق. قد يتفاعل NO مع GSH لتشكيل GSNO، خزان الخلية NO والمصدر الرئيسي لـ S - nitrosylation. يمكن تحليل GSNO بواسطة اختزال GSNO (GSNOR) إلى GSSG والذي بدوره يتم اختزاله إلى GSH بواسطة اختزال الجلوتاثيون (GR). قد يتم تثبيط GSNOR أيضًا بواسطة S - nitrosylation و GR المنشط بواسطة NO. في الختام، تلعب NO دورًا مركزيًا في تحمل النباتات لتغير المناخ.Translated Description (French)
Ici, nous passons en revue les informations sur la façon dont les plantes font face au déséquilibre redox causé par le changement climatique, et nous nous concentrons sur le rôle de l'oxyde nitrique (NO) dans cette réponse. La vie sur Terre est possible grâce à l'effet de serre. Sans elle, la température à la surface de la Terre serait d'environ -19°C, au lieu de la moyenne actuelle de 14°C. L'effet de serre est produit par les gaz à effet de serre (GES) comme la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4), les oxydes d'azote (NxO) et l'ozone (O3). Les GES ont une origine naturelle et anthropique. Cependant, l'augmentation des GES provoque des changements climatiques extrêmes tels que des inondations, des sécheresses et de la chaleur, qui induisent des espèces réactives de l'oxygène (ERO) et un stress oxydatif chez les plantes. Les principales sources de ROS dans les conditions de stress sont : la photorespiration augmentée, l'activité de la NADPH oxydase (NOX), la β-oxydation des acides gras et les troubles des chaînes de transport d'électrons des mitochondries et des chloroplastes. Les plantes ont développé une machinerie antioxydante qui comprend l'activité des enzymes détoxifiantes ROS [par exemple, la superoxyde dismutase (SOD), l'ascorbate peroxydase (APX), la catalase (CAT), la glutathion peroxydase (GPX) et la peroxiredoxine (PRX)], ainsi que des molécules antioxydantes telles que l'acide ascorbique (ASC) et le glutathion (GSH) qui sont présentes dans presque tous les compartiments sous-cellulaires. Le CO2 et le NO aident à maintenir l'équilibre redox. Des concentrations plus élevées de CO2 augmentent la photosynthèse grâce à l'activité de Rubisco insaturé en CO2. Mais les activités de photorespiration et de NOX de Rubisco pourraient également augmenter la production de ROS. NO réguler la concentration de ROS en préservant l'équilibre entre ROS, GSH, GSNO et ASC. Lorsque les ROS sont en concentration énorme, le NO induit la transcription et l'activité de SOD, APX et CAT. Cependant, lorsque les ROS sont nécessaires (par exemple, pour la résistance aux agents pathogènes), le NO peut inhiber l'activité APX, CAT et NOX par la S-nitrosylation des résidus de cystéine, favorisant la mort cellulaire. Le NO régule également la concentration de GSH de plusieurs façons. Le NO peut réagir avec le GSH pour former le GSNO, le réservoir de cellules NO et la principale source de S-nitrosylation. Le GSNO pourrait être décomposé par la GSNO réductase (GSNOR) en GSSG qui, à son tour, est réduit en GSH par la glutathion réductase (GR). GSNOR peut également être inhibé par la S-nitrosylation et GR activé par NO. En conclusion, le NO joue un rôle central dans la tolérance des plantes au changement climatique.Translated Description (Spanish)
Aquí, revisamos la información sobre cómo las plantas enfrentan el desequilibrio redox causado por el cambio climático y nos centramos en el papel del óxido nítrico (NO) en esta respuesta. La vida en la Tierra es posible gracias al efecto invernadero. Sin ella, la temperatura en la superficie de la Tierra sería de alrededor de -19 ° C, en lugar de la media actual de 14 ° C. El efecto invernadero es producido por gases de efecto invernadero (GEI) como el vapor de agua, el dióxido de carbono (CO2), el metano (CH4), los óxidos nitrosos (NxO) y el ozono (O3). Los GEI tienen origen natural y antropogénico. Sin embargo, el aumento de los GEI provoca cambios climáticos extremos como inundaciones, sequías y calor, que inducen especies reactivas de oxígeno (ROS) y estrés oxidativo en las plantas. Las principales fuentes de ROS en condiciones de estrés son: fotorrespiración aumentada, actividad NADPH oxidasa (NOX), β-oxidación de ácidos grasos y trastornos en las cadenas de transporte de electrones de mitocondrias y cloroplastos. Las plantas han desarrollado una maquinaria antioxidante que incluye la actividad de las enzimas desintoxicantes de ROS [por ejemplo, superóxido dismutasa (SOD), ascorbato peroxidasa (APX), catalasa (CAT), glutatión peroxidasa (GPX) y peroxirredoxina (PRX)], así como moléculas antioxidantes como el ácido ascórbico (ASC) y el glutatión (GSH) que están presentes en casi todos los compartimentos subcelulares. El CO2 y el NO ayudan a mantener el equilibrio redox. Las concentraciones más altas de CO2 aumentan la fotosíntesis a través de la actividad de Rubisco insaturada en CO2. Pero las actividades de fotorrespiración y NOX DE Rubisco también podrían aumentar la producción de ROS. NO regular la concentración de ROS preservando el equilibrio entre ROS, GSH, GSNO y ASC. Cuando las ROS están en gran concentración, el NO induce la transcripción y la actividad de SOD, APX y CAT. Sin embargo, cuando las ero son necesarias (por ejemplo, para la resistencia a patógenos), el NO puede inhibir la actividad de APX, CAT y NOX mediante la S-nitrosilación de residuos de cisteína, favoreciendo la muerte celular. El NO también regula la concentración de GSH de varias maneras. El NO puede reaccionar con el GSH para formar GSNO, el reservorio de células de NO y la principal fuente de S-nitrosilación. El GSNO podría descomponerse por la GSNO reductasa (GSNOR) a GSSG que, a su vez, se reduce a GSH por la glutatión reductasa (GR). GSNOR también puede inhibirse por S-nitrosilación y GR activado por NO. En conclusión, el NO juega un papel central en la tolerancia de las plantas al cambio climático.Files
pdf.pdf
Files
(1.3 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:95a0a49823eb6624ad348ef06b0b926a
|
1.3 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تغير المناخ وتأثير غازات الدفيئة: CO2 و NO، أصدقاء وأعداء الإجهاد التأكسدي للنبات
- Translated title (French)
- Changement climatique et impact des gaz à effet de serre : CO2 et NO, amis et ennemis du stress oxydatif des plantes
- Translated title (Spanish)
- El cambio climático y el impacto de los gases de efecto invernadero: CO2 y NO, amigos y enemigos del estrés oxidativo vegetal
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2792652949
- DOI
- 10.3389/fpls.2018.00273
References
- https://openalex.org/W1037789279
- https://openalex.org/W1228155689
- https://openalex.org/W1591104551
- https://openalex.org/W1893381651
- https://openalex.org/W1910447282
- https://openalex.org/W1969583657
- https://openalex.org/W1969904637
- https://openalex.org/W1973133531
- https://openalex.org/W1975404934
- https://openalex.org/W1979169122
- https://openalex.org/W1982735849
- https://openalex.org/W1987443381
- https://openalex.org/W1988045173
- https://openalex.org/W1990417012
- https://openalex.org/W1990532535
- https://openalex.org/W1995355631
- https://openalex.org/W1999138947
- https://openalex.org/W2005066315
- https://openalex.org/W2009538055
- https://openalex.org/W2017086246
- https://openalex.org/W2017552942
- https://openalex.org/W2019274717
- https://openalex.org/W2019807106
- https://openalex.org/W2030835712
- https://openalex.org/W2035556759
- https://openalex.org/W2037483830
- https://openalex.org/W2042821596
- https://openalex.org/W2043864845
- https://openalex.org/W2048819092
- https://openalex.org/W2051344122
- https://openalex.org/W2051889695
- https://openalex.org/W2055708496
- https://openalex.org/W2061883096
- https://openalex.org/W2062873458
- https://openalex.org/W2063297036
- https://openalex.org/W2065680103
- https://openalex.org/W2065926691
- https://openalex.org/W2066055854
- https://openalex.org/W2068134342
- https://openalex.org/W2068351698
- https://openalex.org/W2073911245
- https://openalex.org/W2074868712
- https://openalex.org/W2080480261
- https://openalex.org/W2082658784
- https://openalex.org/W2082781337
- https://openalex.org/W2101364071
- https://openalex.org/W2102125151
- https://openalex.org/W2102835388
- https://openalex.org/W2105466935
- https://openalex.org/W2108123792
- https://openalex.org/W2109283541
- https://openalex.org/W2113198340
- https://openalex.org/W2114095544
- https://openalex.org/W2114701864
- https://openalex.org/W2117436673
- https://openalex.org/W2120669628
- https://openalex.org/W2121718052
- https://openalex.org/W2124069878
- https://openalex.org/W2124268508
- https://openalex.org/W2124659027
- https://openalex.org/W2125751209
- https://openalex.org/W2127771452
- https://openalex.org/W2127989158
- https://openalex.org/W2130610235
- https://openalex.org/W2133072605
- https://openalex.org/W2136727913
- https://openalex.org/W2139328007
- https://openalex.org/W2140302681
- https://openalex.org/W2143306658
- https://openalex.org/W2143619377
- https://openalex.org/W2144816469
- https://openalex.org/W2145025447
- https://openalex.org/W2145150234
- https://openalex.org/W2150122265
- https://openalex.org/W2150422717
- https://openalex.org/W2151831386
- https://openalex.org/W2157655779
- https://openalex.org/W2159476659
- https://openalex.org/W2159754281
- https://openalex.org/W2160480951
- https://openalex.org/W2160717024
- https://openalex.org/W2161506169
- https://openalex.org/W2162317811
- https://openalex.org/W2164533927
- https://openalex.org/W2165026909
- https://openalex.org/W2165037481
- https://openalex.org/W2167082201
- https://openalex.org/W2168346642
- https://openalex.org/W2169110569
- https://openalex.org/W2171679601
- https://openalex.org/W2172761272
- https://openalex.org/W2205309814
- https://openalex.org/W2290025495
- https://openalex.org/W2307693923
- https://openalex.org/W2318330293
- https://openalex.org/W2319066770
- https://openalex.org/W2329149595
- https://openalex.org/W2338823525
- https://openalex.org/W2341914988
- https://openalex.org/W2359292793
- https://openalex.org/W2464922792
- https://openalex.org/W2547303460
- https://openalex.org/W2557127383
- https://openalex.org/W2565860778
- https://openalex.org/W2586981147
- https://openalex.org/W2741325656
- https://openalex.org/W65657813
- https://openalex.org/W999724916