Published August 21, 2021 | Version v1
Publication Open

Exogenous melatonin regulates chromium stress-induced feedback inhibition of photosynthesis and antioxidative protection in Brassica napus cultivars

Creators

  • 1. Ministry of Agriculture and Rural Affairs
  • 2. Zhejiang University
  • 3. Bahauddin Zakariya University
  • 4. University of Sargodha
  • 5. University of Education
  • 6. University of Okara
  • 7. The Women University Multan

Description

Melatonin is an early player in chromium stress response in canola plants; it promotes ROS scavenging and chlorophyll stability, modulates PSII stability and regulates feedback inhibition of photosynthesis conferring chromium tolerance. The development of heavy metals, especially chromium (Cr)-tolerant cultivars is mainly constrained due to poor knowledge of the mechanism behind Cr stress tolerance. In the present study, two Brassica napus contrasting cultivars Ac-Excel and DGL were studied for Cr stress tolerance by using chlorophyll a fluorescence technique and biochemical attributes with and without melatonin (MT) treatments. Cr stress significantly reduced the PSII and PSI efficiency, biomass accumulation, proline content and antioxidant enzymes in both the cultivars. The application of MT minimized the oxidative stress, as revealed via a lower level of reactive oxygen species (ROS) synthesis (H2O2 and OH-). Enhanced enzymatic activities of important antioxidants (SOD, APX, CAT, POD), proline and total soluble protein contents under MT application play an effective role in the regulation of multiple transcriptional pathways involved in oxidative stress responses. Higher NPQ and Y(NPQ) observed in Cr stress tolerant cv Ac-Excel, indicating that the MT-treated tolerant cultivar had better ability to protect PSII under Cr stress by increasing heat dissipation as photo-protective component of NPQ. Reduced PSI efficiency along with increased donor end limitation of PSI in both canola cultivars further confirmed the lower PSII activity and electron transport from PSII. The Cr content was higher in cv. DGL as compared to (that in Ac-Excel). The application of MT significantly decreased the Cr content in leaves of both cultivars. Overall, MT-induced Cr stress tolerance in canola cultivars can be related to improved PSII activity, Y(NPQ), and antioxidant potential and these physiological attributes can effectively be used to select cultivars for Cr stress tolerance.

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

Translated Description (Arabic)

الميلاتونين هو لاعب مبكر في استجابة إجهاد الكروم في نباتات الكانولا ؛ فهو يعزز كسح ROS واستقرار الكلوروفيل، ويعدل استقرار PSII وينظم تثبيط التغذية الراجعة لعملية التمثيل الضوئي التي تمنح تحمل الكروم. إن تطوير المعادن الثقيلة، وخاصة الأصناف المتسامحة مع الكروم (Cr)، مقيد بشكل أساسي بسبب ضعف المعرفة بالآلية الكامنة وراء تحمل إجهاد Cr. في هذه الدراسة، تمت دراسة صنفين متباينين من الكرنب Ac - Excel و DGL لتحمل إجهاد Cr باستخدام تقنية الكلوروفيل الفلورية والسمات الكيميائية الحيوية مع وبدون علاجات الميلاتونين (MT). قلل إجهاد Cr بشكل كبير من كفاءة PSII و PSI، وتراكم الكتلة الحيوية، ومحتوى البرولين والإنزيمات المضادة للأكسدة في كل من الأصناف. قلل تطبيق الترجمة الآلية من الإجهاد التأكسدي، كما يتضح من خلال مستوى أقل من تخليق أنواع الأكسجين التفاعلية (H2O2 و OH -). تلعب الأنشطة الإنزيمية المحسنة لمضادات الأكسدة المهمة (SOD و APX و CAT و POD) والبرولين ومحتويات البروتين الكلي القابل للذوبان تحت تطبيق الترجمة الآلية دورًا فعالًا في تنظيم المسارات النسخية المتعددة المشاركة في استجابات الإجهاد التأكسدي. لوحظ ارتفاع NPQ و Y(NPQ) في السيرة الذاتية المتسامحة مع الإجهاد Cr Ac - Excel، مما يشير إلى أن الصنف المتسامح المعالج بـ MT لديه قدرة أفضل على حماية PSII تحت ضغط Cr عن طريق زيادة تبديد الحرارة كمكون واقي للضوء من NPQ. كما أكد انخفاض كفاءة PSI جنبًا إلى جنب مع زيادة الحد النهائي للمانحين من PSI في كل من أصناف الكانولا انخفاض نشاط PSII ونقل الإلكترون من PSII. كان محتوى Cr أعلى في السيرة الذاتية. DGL مقارنة بـ (تلك الموجودة في Ac - Excel). أدى تطبيق MT إلى انخفاض كبير في محتوى Cr في أوراق كلا الصنفين. بشكل عام، يمكن أن يرتبط تحمل إجهاد Cr الناجم عن MT في أصناف الكانولا بتحسين نشاط PSII، Y(NPQ)، وإمكانات مضادات الأكسدة ويمكن استخدام هذه السمات الفسيولوجية بشكل فعال لاختيار الأصناف لتحمل إجهاد Cr.

Translated Description (French)

La mélatonine est un acteur précoce de la réponse au stress au chrome chez les plants de canola ; elle favorise le piégeage des ROS et la stabilité de la chlorophylle, module la stabilité des PSII et régule la rétro-inhibition de la photosynthèse conférant une tolérance au chrome. Le développement des métaux lourds, en particulier des cultivars tolérants au chrome (Cr), est principalement limité en raison d'une mauvaise connaissance du mécanisme à l'origine de la tolérance au stress du Cr. Dans la présente étude, deux cultivars contrastés de Brassica napus Ac-Excel et DGL ont été étudiés pour la tolérance au stress Cr en utilisant la technique de fluorescence de la chlorophylle a et les attributs biochimiques avec et sans traitements à la mélatonine (MT). Le stress Cr a considérablement réduit l'efficacité du PSII et du PSI, l'accumulation de biomasse, la teneur en proline et les enzymes antioxydantes dans les deux cultivars. L'application de MT a minimisé le stress oxydatif, comme révélé par un niveau plus faible de synthèse d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) (H2O2 et OH-). Les activités enzymatiques améliorées des antioxydants importants (SOD, APX, CAT, POD), de la proline et des protéines solubles totales sous application MT jouent un rôle efficace dans la régulation des multiples voies transcriptionnelles impliquées dans les réponses au stress oxydatif. NPQ et Y(NPQ) plus élevés observés dans le cv Ac-Excel tolérant au stress Cr, indiquant que le cultivar tolérant traité par MT avait une meilleure capacité à protéger le PSII sous stress Cr en augmentant la dissipation thermique en tant que composant photo-protecteur du NPQ. La réduction de l'efficacité du PSI ainsi que la limitation accrue du psi chez les donneurs dans les deux cultivars de canola ont confirmé la diminution de l'activité du PSII et du transport des électrons à partir du PSII. La teneur en Cr était plus élevée en cv. DGL par rapport à (celui dans Ac-Excel). L'application de MT a significativement diminué la teneur en Cr dans les feuilles des deux cultivars. Dans l'ensemble, la tolérance au stress au Cr induite par la MT chez les cultivars de canola peut être liée à l'amélioration de l'activité du PSII, du Y(NPQ) et du potentiel antioxydant et ces attributs physiologiques peuvent être utilisés efficacement pour sélectionner des cultivars pour la tolérance au stress au Cr.

Translated Description (Spanish)

La melatonina es un jugador temprano en la respuesta al estrés por cromo en las plantas de canola; promueve la eliminación de ROS y la estabilidad de la clorofila, modula la estabilidad de PSII y regula la inhibición de la retroalimentación de la fotosíntesis que confiere tolerancia al cromo. El desarrollo de metales pesados, especialmente cultivares tolerantes al cromo (Cr), se ve principalmente limitado debido al escaso conocimiento del mecanismo detrás de la tolerancia al estrés por Cr. En el presente estudio, se estudiaron dos cultivares de contraste de Brassica napus Ac-Excel y DGL para la tolerancia al estrés de Cr mediante el uso de una técnica de fluorescencia de clorofila y atributos bioquímicos con y sin tratamientos con melatonina (MT). El estrés por Cr redujo significativamente la eficiencia de PSII y PSI, la acumulación de biomasa, el contenido de prolina y las enzimas antioxidantes en ambos cultivares. La aplicación de MT minimizó el estrés oxidativo, como se reveló a través de un menor nivel de síntesis de especies reactivas de oxígeno (ROS) (H2O2 y OH-). Las actividades enzimáticas mejoradas de antioxidantes importantes (SOD, APX, CAT, Pod), prolina y el contenido total de proteínas solubles bajo la aplicación de MT desempeñan un papel eficaz en la regulación de múltiples vías transcripcionales involucradas en las respuestas al estrés oxidativo. Se observaron mayores NPQ e Y(NPQ) en cv Ac-Excel tolerantes al estrés de Cr, lo que indica que el cultivar tolerante tratado con MT tenía una mejor capacidad para proteger PSII bajo estrés de Cr al aumentar la disipación de calor como componente fotoprotector de NPQ. La reducción de la eficiencia de PSI junto con el aumento de la limitación final del donante de psi en ambos cultivares de canola confirmó aún más la menor actividad de PSII y el transporte de electrones de PSII. El contenido de Cr fue mayor en cv. DGL en comparación con (el de Ac-Excel). La aplicación de MT disminuyó significativamente el contenido de Cr en las hojas de ambos cultivares. En general, la tolerancia al estrés por Cr inducida por MT en cultivares de canola puede estar relacionada con una mejor actividad de PSII, Y(NPQ) y potencial antioxidante y estos atributos fisiológicos pueden usarse eficazmente para seleccionar cultivares para la tolerancia al estrés por Cr.

Files

latest.pdf.pdf

Files (901.1 kB)

⚠️ 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
md5:4cccf15a73eb87c836967117336402d1
901.1 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
ينظم الميلاتونين الخارجي المنشأ تثبيط التغذية الراجعة الناجمة عن الإجهاد بالكروم لعملية التمثيل الضوئي والحماية المضادة للأكسدة في أصناف الكرنب
Translated title (French)
La mélatonine exogène régule la rétro-inhibition induite par le stress au chrome de la photosynthèse et de la protection antioxydante chez les cultivars de Brassica napus
Translated title (Spanish)
La melatonina exógena regula la inhibición por retroalimentación inducida por el estrés del cromo de la fotosíntesis y la protección antioxidante en los cultivares de Brassica napus

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3164420694
DOI
10.1007/s00299-021-02769-3

Is supplement to
https://openalex.org/W3214998341 (Other)
https://openalex.org/W3124020225 (Other)
https://openalex.org/W2889857139 (Other)
https://openalex.org/W2509589047 (Other)
https://openalex.org/W2460831095 (Other)
https://openalex.org/W2358125311 (Other)
https://openalex.org/W2351103973 (Other)
https://openalex.org/W2182408298 (Other)
https://openalex.org/W2003518555 (Other)
https://openalex.org/W1991047689 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1265062802
  • https://openalex.org/W1491526509
  • https://openalex.org/W191793640
  • https://openalex.org/W1980118727
  • https://openalex.org/W1981055137
  • https://openalex.org/W1982103599
  • https://openalex.org/W1983831643
  • https://openalex.org/W2028823348
  • https://openalex.org/W2041027363
  • https://openalex.org/W2045115867
  • https://openalex.org/W2046020342
  • https://openalex.org/W2049920359
  • https://openalex.org/W2065225826
  • https://openalex.org/W2068737656
  • https://openalex.org/W2083928315
  • https://openalex.org/W2107463804
  • https://openalex.org/W2128635872
  • https://openalex.org/W2132527497
  • https://openalex.org/W2139601861
  • https://openalex.org/W2140546434
  • https://openalex.org/W2161324059
  • https://openalex.org/W2326108622
  • https://openalex.org/W2396681486
  • https://openalex.org/W2464828651
  • https://openalex.org/W2580767461
  • https://openalex.org/W2601413416
  • https://openalex.org/W2605736911
  • https://openalex.org/W2751634811
  • https://openalex.org/W2765510508
  • https://openalex.org/W2767185658
  • https://openalex.org/W2768166665
  • https://openalex.org/W2768718890
  • https://openalex.org/W2794948229
  • https://openalex.org/W2797848258
  • https://openalex.org/W2800261735
  • https://openalex.org/W2804513258
  • https://openalex.org/W2910134826
  • https://openalex.org/W2920441824
  • https://openalex.org/W2943327026
  • https://openalex.org/W2945972747
  • https://openalex.org/W2977350232
  • https://openalex.org/W2980952435
  • https://openalex.org/W2981527270
  • https://openalex.org/W2992224042
  • https://openalex.org/W3002186190
  • https://openalex.org/W3007144760
  • https://openalex.org/W3043333923
  • https://openalex.org/W3046948637
  • https://openalex.org/W3085391094
  • https://openalex.org/W3092954740
  • https://openalex.org/W3093942838
  • https://openalex.org/W3095304157
  • https://openalex.org/W3121831840
  • https://openalex.org/W3138125433
  • https://openalex.org/W3154789892
  • https://openalex.org/W320558138
  • https://openalex.org/W4205738251
  • https://openalex.org/W4293247451