Molybdenum Sequestration in BrassicaSpecies. A Role for Anthocyanins?

Abstract

To elucidate plant mechanisms involved in molybdenum (Mo) sequestration and tolerance, Brassica spp. seedlings were supplied with molybdate, and the effects on plant physiology, morphology, and biochemistry were analyzed. When supplied with (colorless) molybdate Indian mustard (Brassica juncea) seedlings accumulated water-soluble blue crystals in their peripheral cell layers. Energy dispersive x-ray analysis showed that Mo accumulated predominantly in the vacuoles of the epidermal cells. Therefore, the blue crystals are likely to be a Mo compound. The x-ray absorption spectrum of the plant-accumulated Mo was different than that for molybdate, indicating complexation with a plant molecule. Because the blue compound was water soluble and showed a pH-dependent color change, possible involvement of anthocyanins was investigated. An anthocyanin-less mutant of Brassica rapa ("fast plants") was compared with varieties containing normal or high anthocyanin levels. The anthocyanin-less mutant did not show accumulation of a blue compound when supplied with molybdate. In the anthocyanin-containing varieties, the blue compound colocalized with anthocyanins in the peripheral cell layers. Mo accumulation by the three B. rapa varieties was positively correlated with anthocyanin content. Addition of molybdate to purified B. rapa anthocyanin resulted in an in vitro color change from pink to blue. Therefore, Mo appears to be sequestered in vacuoles of the peripheral cell layers of Brassica spp. as a blue compound, probably a Mo-anthocyanin complex.

Evaluación del contenido de metales y su efecto en la estabilidad de antocianinas Metal content evaluation and its effect on the stability of anthocyanins

“…Asumiendo que en todos los casos el complejo que se forma tiene una estequiometrı´a 1:1 conforme a los estudios anteriores con Al(III) (Moncada et al, 2003) y Mo(IV y VI) (Hale et al, 2001); el equilibrio que se tomo´en cuenta para el ca´lculo de las constantes de estabilidad es el siguiente:…”

“…La facilidad para formar los complejos metal-antocianina esta´relaciona-da con una configuracio´n o-dihidroxi en el anillo B de la estructura de las antocianidinas, por lo que bajo este supuesto so´lo la cianidina (Cy), delfinidina (Dp) y petunidina (Pt) serı´an capaces de llevar a cabo tal reaccio´n de complejacio´n (Boulton, 2001) (Figura 1). Algunos estudios acerca de la estabilidad del color en las plantas sugieren que los colores azules se deben precisamente a un mecanismo de complejacio´n de antocianinas con metales como Al, Fe, Cu y Sn (Starr et al, 1973); asimismo, existen estudios de otros metales como el Mg y Mo (Hale et al, 2001).…”

“…Se observo´que en ambos casos se estabilizaba el color azul. Este hecho sugiere la posible complejacio´n del molibdeno con antocianinas (Hale et al, 2001).…”

“…La facilidad para formar los complejos metal-antocianina esta´relaciona-da con una configuracio´n o-dihidroxi en el anillo B de la estructura de las antocianidinas, por lo que bajo este supuesto so´lo la cianidina (Cy), delfinidina (Dp) y petunidina (Pt) serı´an capaces de llevar a cabo tal reaccio´n de complejacio´n (Boulton, 2001) (Figura 1). Algunos estudios acerca de la estabilidad del color en las plantas sugieren que los colores azules se deben precisamente a un mecanismo de complejacio´n de antocianinas con metales como Al, Fe, Cu y Sn (Starr et al, 1973); asimismo, existen estudios de otros metales como el Mg y Mo (Hale et al, 2001).En la interaccio´n Al(III)-antocianina, se ha descrito la complejacio´n con Cy y otros derivados de los flavonoides, encontrando que este proceso estabiliza la base quinoidal azul, evitando la oxidacio´n de esta especie (Moncada et al, 2003).Para estudiar la interaccio´n Mo-antocianina se analizo´la variacio´n del color del tejido de una col de origen hindu´, agregando soluciones de Mo (IV y VI). Se observo´que en ambos casos se estabilizaba el color azul.…”

“…Se observo´que en ambos casos se estabilizaba el color azul. Este hecho sugiere la posible complejacio´n del molibdeno con antocianinas (Hale et al, 2001).Estudios ma´s recientes han demostrado que la complejacio´n de antocianinas del tipo o-dihidroxi con iones Fe (III) y Mg (II) son esenciales en la formacio´n del color azul en las plantas, sobre todo si la relacio´n estequiome´trica antocianina:Fe(III) es 1:6 o mayor para el Mg (II); en ambos casos se amortigua el pH en 5 (Yoshida et al, 2006).Considerando la importancia que tienen los metales en la estabilizacio´n del color de las antocianinas, en el presente trabajo se cuantifican los metales ma´s comu´nmente encontrados en maı´z criollo azul, identificando aquellos que predominan en la estructura ma´s colorida del grano (pericarpio); asimismo se corrobora la formacio´n de los complejos metal-antocianina mediante estudios de electroforesis capilar, a partir de los cuales se hace una estimacio´n de las constantes de complejacio´n. Finalmente se realiza un estudio espectrofotome´trico de estabilidad de las antocianinas en presencia de dichos metales.…”