Stress responses to polycyclic aromatic hydrocarbons in Arabidopsis include growth inhibition and hypersensitive response-like symptoms

Abstract

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are of global environmental concern because they cause many health problems including cancer and inflammation of tissue in humans. Plants are important in removing PAHs from the atmosphere; yet, information on the physiology, cell and molecular biology, and biochemistry of PAH stress responses in plants is lacking. The PAH stress response was studied in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) exposed to the three-ring aromatic compound, phenanthrene. Morphological symptoms of PAH stress were growth reduction of the root and shoot, deformed trichomes, reduced root hairs, chlorosis, late flowering, and the appearance of white spots, which later developed into necrotic lesions. At the tissue and cellular levels, plants experienced oxidative stress. This was indicated by localized H2O2 production and cell death, which were detected using 3, 3'-diaminobenzidine and trypan blue staining, respectively. Gas chromatography-mass spectrometry and fluorescence spectrometry analyses showed that phenanthrene is internalized by the plant. Gene expression of the cell wall-loosening protein expansin was repressed, whereas gene expression of the pathogenesis related protein PR1 was induced in response to PAH exposure. These findings show that (i) Arabidopsis takes up phenanthrene, suggesting possible degradation in plants, (ii) a PAH response in plants and animals may share similar stress mechanisms, since in animal cells detoxification of PAHs also results in oxidative stress, and (iii) plant specific defence mechanisms contribute to PAH stress response in Arabidopsis.

Efeito do solo contaminado com óleo diesel na estrutura da raiz e da folha de plântulas de Sebastiania commersoniana (Euphorbiaceae) e Schinus terebinthifolius (Anacardiaceae)

“…No entanto, esses autores não relataram rompimento dessas células, o que foi evidenciado em S. commersoniana. Esses rompimentos podem facilitar a penetração do óleo nos tecidos internos, todavia, se faz necessário análises mais específi cas, como cromatografi a gasosa e espectrometria com fl uorescência (Alkio et al 2005), para detectar a presença do contaminante no interior do órgão (Alkio et al 2005;Tan et al 2005).…”

“…As alterações anatômicas nas folhas de espécies expostas a contaminação por hidrocarbonetos podem ser variáveis. Folhas de Arabidopsis thaliana (L.) Heynh., em solo com fenantreno (hidrocarboneto oriundo do petróleo) apresentaram lesões e necroses (Alkio et al 2005); Amaranthus hybridus teve alteração no formato das células epidérmicas, paredes mais sinuosas e cutícula mais espessa em solo contaminado com óleo cru (Omosum et al 2008). Segundo Omosum et al (2008) essas alterações estão relacionadas as condições de seca fi siológica, provocadas pelo contaminante.…”

“…O contaminante pode ser absorvido pelas plantas (Bossert & Bartha 1985;Alkio et al 2005;Tan et al 2005), além de alterar as propriedades do solo (Racine 1994;Li et al 1997;Martinez & López 2001;Roy et al 2003;Chupakhina & Maslennikov 2004;Peña-Castro et al 2006). Solos com hidrocarbonetos têm tendência a reter menor quantidade de água (Roy et al 2003;Peña-Castro et al 2006), a apresentar menor disponibilidade de oxigênio (Pezeshki et al 2000;Merkl et al 2005) e de nutrientes (De Jong 1980).…”

“…Embora a maioria dos trabalhos relate baixo desenvolvimento de plantas em solo contaminado (Racine 1994;Li et al 1997;Adam & Duncan 1999;Gill et al 1992;Dorn & Salanitro 2000;Chupakhina & Maslennikov 2004;Merkl et al 2005;Achuba 2006;White et al 2006;Omosun et al 2008;Farias et al 2009), também há registros de maior comprimento radicial (Baker 1970) e até de recuperação da biomassa (Merkl et al 2005). Alterações estruturais, como maior ramifi cação (Adam & Duncan 1999), alterações no formato das células da raiz (Farias et al 2009), redução das divisões celulares da raiz (Merkl et al 2004;Achuba 2006), alteração da estrutura dos pêlos radiculares (Alkio et al 2005), redução da área foliar, alteração na densidade estomática (Maranho et al 2006;Omosun et al 2008) e modifi cações no aspecto e espessura da cera epicuticular (Baker 1970;Omosun et al 2008) foram registradas em diferentes espécies em solo contaminado.…”

Combined toxicity of polycyclic aromatic hydrocarbons and heavy metals to biochemical and antioxidant responses of free and immobilized Selenastrum capricornutum

“…Elevated PAH levels often are coupled with high concentrations of other types of contaminants, such as heavy metals. Both PAHs and heavy metals could pose toxicity and oxidative stress to aquatic organisms by causing excess production of reactive oxygen species (ROS) from cellular electron transport activities [4][5][6]. Photosynthetic organisms, such as plants and algae, have developed different antioxidant defense systems to combat oxidative damage.…”